Studi numerik aliran melalui struktur persegi dengan model turbulen Large Eddy Simulation (LES)

Abstract

Perilaku aliran fluida yang melewati struktur berpotensi menimbulkan dampak buruk seperti memicu kebisingan, getaran, dan stabilitas struktur. Karenanya, analisis karakteristik alirannya menjadi penting dalam bidang rekayasa aerodinamika. Penelitian ini membahas studi numerik karakteristik aliran fluida yang melewati struktur persegi menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) dengan model turbulen Large Eddy Simulation (LES). Simulasi dilakukan menggunakan ANSYS Fluent 17.2 dengan variasi sudut serang aliran α = 0° dan α = -30° pada bilangan Reynolds 10⁴. Analisis difokuskan pada distribusi kecepatan, tekanan, tegangan aliran, vortisitas, serta parameter aerodinamis berupa koefisien drag (CD), koefisien tekanan dasar (-CPb), dan bilangan Strouhal (St). Hasil simulasi menunjukkan bahwa perubahan sudut serang mempengaruhi karakteristik aliran secara signifikan. Pada α = 0°, pola aliran bersifat simetris dengan pembentukan vortex shedding yang stabil di daerah wake. Sedangkan pada α = -30°, medan aliran menjadi asimetris akibat pergeseran titik stagnasi dan separasi aliran yang menyebabkan peningkatan turbulensi dan pelebaran wake. Nilai koefisien drag meningkat dari 2.05 menjadi 2.34, sedangkan bilangan Strouhal menurun dari 0.128 menjadi 0.115. Distribusi tekanan dan tegangan menunjukkan peningkatan efek hisapan pada sisi hilir struktur yang berdampak pada kenaikan gaya hambat dan gaya angkat. Hasil validasi menunjukkan kesesuaian yang baik dengan penelitian numerik dan eksperimen sebelumnya. Dengan demikian, model LES mampu memberikan prediksi karakteristik aliran turbulen secara akurat pada struktur bluff body berbentuk persegi.