CFD MESIN USU
Simulasi Numerik Aliran Udara pada Mobil dan Pengaruh
Pemasangan Spoiler Belakang Menggunakan CFD
Robby Christian (NIM: 120401123) Email : [email protected]
Abstrak: Di zaman modern ini sudah sangat sering kita melihat banyak mobil, mulai dari mobil penumpang sampai dengan mobil sports dipasangkan spoiler dengan berbagai macam bentuk. Harus diketahui juga bahwa ke-aerodinamisan dari sebuah mobil adalah kunci untuk mendapatkan performansi yang baik dan kenyamanan yang tinggi daripada pengendara mobil tersebut. Melalui dasar pemikiran ini lah, semua produsen mobil bertujuan untuk mengoptimalkan desain mobil mereka demi mendapatkan keaerodinamisan eksternal dari mobil mereka. Penambahan spoiler belakang demi mengoptimalkan ke-aerodinamisan akan menyebabkan perubahan nilai pada gaya angkat dan drag force yang mana akan mempengaruhi performansi , konsumsi bahan bakar, keamanan, dan stabilitas mobil tersebut. Pada laporan ini akan menampilkan hasil dari simulasi numeric aliran udara melalui mobil tanpa dan mobil dengan memasang spoiler belakang. Untuk melakukan simulasi ini, digunakan Software ANSYS CFX, dengan melakukan pendekatan “model-mesh-analyze” sebagai eksekutornya.
Keywords : Aerodinamis,Airfoil, Airflow, Spoiler, Gaya Angkat, Gaya Drag, CFD, CFX.
I. Pendahuluan
Pengurangan gaya angkat pada mobil, apabila dilihat dari aspek keselamatannya lebih penting, tetapi apabila ditinjau dari aspek keekonomisan, gaya drag dari mobil haruslah di kurangi juga, oleh sebab itu haruslah didesain suatu factor atau komponen yang dapat mengurangi keduanya. Spoiler (sayap) mempengaruhi pola aliran udara yang melalui body sebuah mobil. Airfoil pada spoiler akan mengakibatkan tingginya tekanan pada bagian atas spoiler, dan terjadinya daerah tekanan rendah pada bagian bawah spoiler, yang mana sebelumnya apabila tanpa dipasang spoiler terjadi kebalikan dari statement pertama. Jadi, keberadaan spoiler belakang atau sayap belakang akan mengurangi lift force daripada
bagian belakang mobil. Keberadaan daripada spoiler belakang mobil juga akan mengurangi drag force yang mana menyebabkan mobil yg dipasang spoiler belakang akan melaju lebih cepat daripada mobil tanpa spoiler belakang. Kesimpulannya penambahan spoiler belakang dapat mengurangi konsumsi bahan bakar. Hal ini telah dibuktikan di hasil simulasi ini.
II. Perumusan Masalah
Dalam mini project ini, pertama tama body awal mobil dan spoiler mobil dibangun
dengan menggunakan software
II.1 Metode dan Setup pada Mobil Tanpa Spoiler
Seperti dikatakan diatas, model mobil dibangun dengan SolidWork. Mobil ini memiliki dimensi panjang 4476 mm, lebar 2076, dan tinggi 1069,66. Model ini telah di simulasikan dan di analisa coefficient drag dan coefficient liftnya dengan menggunakan ANSYS-2015 (CFX)
Gambar 1: Solidwork Model tanpa Spoiler
Gambar 2: Model yg telah di Mesh
Permukaan meshing daripada mobil tanpa spoiler ditunjukkan pada gambar 2. Table 1,Table 2, ditunjukan pada Solver Setting. Asumsi yang diambil adalah aliran udara inlet pada keadaan steady state dengan kecepatan konstan, datang dengan sudut 0°, no slip wall boundary condition pada vehicle road dan sidewalls of virtual wind tunnel.
Table 1: Solver Setting CFD
Simulation 3D Double Precision Solver
Solver CFX
Space 3D
Time Steady
Velocity Form Absolute
Table 2: Boundary Condition Setting Boundary Condition
Flow Regime Subsonic Fluid
Propertie s
Fluid Type Air
Density 1.175 (kg/m³)
Wall Zones
Vehicle Surface (no slip wall B/c)
Road Face (invicisd wall B/c)
Ambient Face (invicisd wall B/c)
Di atas adalah boundary condition dan asumsi asumsi yang digunakan di dalam simulasi ini.
Menurut textbook, koefisien drag dan koefisien angkat (Cd dan Cl) dapat dihitung dengan menggunakan rumus dibawah ini:
Cd
=
Fd
1
2
ρv
²
A
Berikut dibawah ini adalah rumus yang digunakan untuk menentukan koefisien angkat.
III. Proses Simulasi dengan ANSYS CFX Berikut ini adalah gambar dan penjelasan daripada simulasi yang telah dilakukan pada ANSYS CFX. Grafik, Contour tekanan dan streamline.
III.1 SIMULASI DAN TEST PADA MOBIL TANPA SPOILER UNTUK KOEFISIEN DRAG DAN KOEFISIEN ANGKAT
Pada Gambar gambar dibawah ini akan ditunjukkan streamline, countour tekanan dan nilai dari coefficient drag dan juga coefficient lift hasil simulasi Ansys CFX.
Gambar 3: Hasil Iterasi Dengan Ansys CFX
Gambar 4: Streamline dan Countour Tekanan
Gambar 5: Streamline dan Countour Tekanan
Gambar 6: Perhitungan gaya pada sumbu Z (dasar perhitungan Coefficient Drag)
III.2 SIMULASI DAN TEST PADA MOBIL DENGAN SPOILER UNTUK KOEFISIEN DRAG DAN KOEFISIEN ANGKAT
Pada Gambar gambar dibawah ini akan ditunjukkan streamline, countour tekanan dan nilai dari coefficient drag dan juga coefficient lift hasil simulasi Ansys CFX. Perbedaan dengan subbab sebelumnya, ini adalah tampilan simulasi dengan penambahan rear spoiler.
Gambar 8: Hasil Iterasi dengan Menggunakan ANSYS CFX
Gambar 9: Streamline
Gambar 10: Contour Tekanan Pada Spoiler
Gambar 11: Perhitungan Gaya pada Sumbu z (dasar perhitungan koefisien drag)
perhitungan koefisien angkat)
IV. HASIL DAN DISKUSI
Dalam kasus penambahan spoiler belakang (rear spoiler) pada model mobil dengan rack angle 12°, didapatkan hasil koefisien drag sebesar 0.31 dan koefisien angkat (coefficient of lift) sebesar 0.02.
Gambar13: Perbedaan Aliran Fluida
Konfigurasi Drag Reduction% Cd CoefficientLift Reduction% Cl Coefficient
Tanpa
Spoiler 0.31 0 0.025 0
Spoiler 0.3 3.22 0.02 20
Tabel 3: Perbandingan Koefisien Drag dan Lift
Hasil penurunan nilai koefisien drag berdasarkan simulasi di atas memang menunjukkan nilai yang kecil. Tetapi penurunan nilai koefisien drag dan koefisien lift dapat diperoleh nilai yang lebih besar apabila spoiler yang digunakan memiliki rack angle lebih besar, jadi area kontak dengan udara lebih besar.
V. KESIMPULAN
koefisien drag sebesar 3.22 % dan nilai koefisien angkat sebesar 20% . Efek daripada penurunan nilai aerodynamic drag ini adalah efisiensi bahan bakar dan juga keamanan dari kendaraan. Penurunan nilai dari aerodynamic drag dapat dinaikkan dengan cara memodifikasi/memilih spoiler dengan Rack Angle yang lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA
[1] J.R. Calliste, A.R. George, Wind Noise, Aerodynamics of Road Vehicle, in: W.H. Hucho (Ed), SAE International, Warrendale, PA, 1998.
