Dasar-dasar Pemodelan Dinamika Arus Di Perairan

7/21/2019 Dasar-dasar Pemodelan Dinamika Arus Di Perairan

1/37

Hidrodinamika Metode Elemen Hingga Aplikasi Model

Dasar-dasar Pemodelan

Dinamika Arus di Perairan

Dangkal

Hidrodinamika

Metode Elemen Hingga

Aplikasi Model
http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/


2/37


Hidrodinamika Pemahaman hidrodinamika aliran dangkal1-D

Kaidah yang harus dipenuhi

Konservasi massa Konservasi momentum

Pemahaman hidrodinamika aliran dangkal 2-D

Gaya geser antar lapis aliran

Perataan vertikal

Dispersi momentum
http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/


3/37


Pemahaman Memahami dinamika aliran

Geala aliran 1 D
http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/


4/37


1. Konservasi massa

2. Konservasi momentum

Kaidah yang harus dipenuhi


5/37


-!"elisih #luks aliran hilir dan hulu pias$

%luks hulu

pias

x

UH

t

H

=

H %luks hilirU

Konservasi massa

Peru&ahan volume dalam pias '


6/37


Perubahan momentum dalam pias =

Gesekan

dasar

Gaya

hidrostatis

( )aad

ab WWCC

UUg

x

HzgH

x

HU

t

UH

+

+

=

2

2

Gesekan

permukaan

Wa

Konservasi Momentum

Selisih aliran momentum dan gaya di hilir danhulu pias ditambah gaya gesekdalam pias


7/37


Memahami Dinamika Aliran

Geala aliran 2 D Kaidahnya sama dengan aliran

1D yaitu

Konservasi massa

Konservasi momentum

Diterapkan untuk sumbu x dan y

Terdapat gejala transfer

momentumarah x dan y yangmenyebabkan adanyapembelokan arus


8/37


pembelokan

Transfer momentum

Transer momentum disebabkan oleh1. !erak turbulen aliran2. Pro"l vertikal ke#epatan yang tidak seragam$. !radien radiation stressgelombang

Jika lapis aliran kecepatannya sama, maka

penyebab sirkulasi ini menganggur /unemployed

Gaya geser pada dua lapis aliranyang berdampingan


9/37


y

!

u

"

#"$

u#"$

v(z)

%

y

"

v(z)

V

y

H

+=

==

Hzz

zz

b

b

dzzvH

V $#&

$#'$# zvVzv +=

Perataan Vertikaldepth averaging


10/37


Dispersi / Transfer Momentum

(u(

"

( ) ( ) ( )

( ) ( ) )&2

& 2

=

+

+

+

+

+

xyxxsxbx

bxyxx

Hy

Hx

x

Hg

x

zgHHUV

yHUU

xHU

t

dzy

vv

dzx

uv

dzx

uu

Hzz

zz

Hzz

zz

Hzz

zz

b

b

b

b

b

b

+=

=

+=

=

+=

=

y

HV

xUVH

x

HU

2

2

*

+=

=

+=

=

+=

=

Hzz

zz

Hzz

zz

Hzz

zz

b

b

b

b

b

b

dzvvy

dzvux

dzuux

''

''

''


11/37


Koesien Dispersi / TransferMomentum

+=

=

+=

=

+=

=

Hzz

zz

Hzz

zz

Hzz

zz

b

b

b

b

b

b

dzvvy

dzvux

dzuux

''

''

''

x

V

y

x

U

x

x

U

x

yy

xy

xx

Transer momentum oleh turbulensi pada umumnyarelati ke#il dibandingkan dengan yang ditimbulkanoleh dispersi karena variasi pro"l vertikal


12/37


Metode Elemen ingga

Metode penyelesaianpersamaan dierensialparsial dengan kondisi a%al dan kondisibatasnya

Diskretisasi Domain Komputasi& daerah

hitungan bagian dari peta perairan yang dihitung

lebih besar dari daerah studi& obyek

Terdapat titik'titik dan elemen'elemen tempatvariabel tergantung& yang dihitung

Diskretisasi Persamaan hubungan persamaan antar variabel di titik'titik dan

elemen'elemen hasil diskretisasi domain komputasi


13/37


Domain Komputasi

!

y

+aratan

Perairan di luar daerah hitungan

+aerah hitungan

+aerah studi


14/37


Titik/!ode dan Elemen

itik-titik . /ode Elemen-elemen


15/37


"plikasi Model

Penentuan daerah hitungan/Domainkomputasi

(atas daerah hitungan harus #ukup )jauh* dari batasdaerah studi. Pengertian )+auh* di sini ada 2 yakni,

1. )-auh* se#ara "sik

0atas domain

+aerah studi

1 - & 1 - &

1 - & 0

0

+A3A


16/37


#auh se$ara !umerik

2) element

+aerah studi

0atas

domainkomputasi

24 %#auh& se$ara numeris


17/37


'esolusi/kerapatan elemen

Semakin tinggi semakinbaik tapi computational cost

+uga tinggi

/lemen yang rapatpadadaerah dengan perubahanu,v,h yang besar. !unakanyang tidak rapat pada daerahyang sebaliknya.

!unakan sebanyakmungkinelemen segiempat.

Pilih b d h k i


18/37


Pilih batas daerah komputasiyang hidrodinamikanya tidak

rumit

erlalu

dekat

+aerah

studi

benar

benar

salah


19/37


Pemilihan Kondisi (atas

H

H

H

+aerah

studi

5alau H semua tidak well posed6

+aerahstudi +aerah

studi

& 2

Jika tidak

paling baik Jika ada data 78

akurat di & 9 2


20/37


Penerapan Gaya "ngin

+aerah studi

0atas daerah

dengan angin

Sebaiknya gaya angin tidak diterapkan sampai batas terbuka


21/37


Penentuan (entuk Elemendalam #aring Elemen ingga bentuk elemen )well formed*0 aspek ratio

ke#illebar

sempit

Aspek ratio : lebar.sempit

tidak baik

5ecuali gradien pada arah yang sempit

besar


22/37


Perubahan (entuk Elemen

perubahan ukuran elemen tidakmendadak ' 2 kali3

cukup tidak baik


23/37


Kualitas Pemodelan

Beberapa langkah yang harusditempuh untuk meningkatkan

kualitas pemodelan)* Pemeriksaan alternatif diskritisasi

+* Kalibrasi pada koesien,koesienyang diperlukan

-* Pemeriksaan ker.a model dengandata lapangan lain verikasi model0 Dalam praktek1 butir ) dan + dilakukan

berulang,ulang


24/37


Kalibrasi Model

(eberapa parameter yang perludikalibrasi antara lain, kekasaran dasar

koe"sien drag koe"sien diusi

koe"sien transer panas

koe"sien peluruhan polutan

dll. Kalibrasi untuk Koe"sien Kekasaran

4anning


25/37


Kalibrasi untukKoesien Kekasaran Manning

5etak dan pemilihan +enis kondisibatas

& 2;

Kondisi batas yang paling baikditerapkan adalah ,pada tampang 1 diberi debit 63 danditampang 2 elevasi muka air 73ataudi tampang 1 elevasi muka air 73 dandi tampang 2 debit 63.


26/37


"lternatif Kondisi (atas untukKoesien Kekasaran Manning

&2

;

Kalau ditampang 1 dan tampang 2 diberi kondisibataselevasi muka air 73diperlukan data yang sangatakurat karena 2 sangat sensitif terhadap .

Data untuk kalibrasi ,' salah satu di antara H atau (ditampang 1 dan 2 yang tidak dipergunakanuntuk kondisi batas atau

' data H dan (di daerah $


27/37


Prinsip Penentuan Penempatan TitikKalibrasi

Pada prinsipnya datauntuk kalibrasi yangsignikanadalah

data yang memberikan rasio antaraperubahan magnitudo selama satu sikluspasang surut3 terhadap perubahan parameter

yang dikalibrasi #ukup besardan disebut dataini sensitif terhadapparameter kalibrasi.

8leh karena itu dipilih lokasi,lokasipengukuranyang diduga akan memberikan

hal tersebut di atas yang bersesuaian dengantiap parameter yang dikalibrasi koesienkekasaran, transfer turbulen, peluruhan, dll.3


28/37


Pemilihan Daerah Kalibrasi bila Kondisi(atas hanya )

0ound4


29/37


Kalibrasi untuk Koesien Difusimomentum

Dalam buku petun+uk penggunaan

;4


30/37


Menangkap Koesien Difusi di 4apangan

Dipilih tempat yang koe"sien

diusinya )beker.a& tidak)menganggur*3.

>aitu di tempat yang alirannyamendapat gangguan misalnya oleh

ton.olan& tan+ung &semenan+ungpenyempitan& tidal inlet

+i=usi besar +i=usi kecil

a ras un u oe s en rag


31/37


a ras un u oe s en ragangin

!aya geser permukaan oleh angin

mendorong badan aliran

Semakin dangkal perairan makasemakin mudah didorong


32/37


Teknik Analisis Kalibrasi

Kalibrasi dapat dilakukan se#ara

kualitatifatau +ika memungkinkandapat dilakukan se#arakuantitatif.

5ara KualitatifPlot kurva hasil hitungan danhasil pengukuran dibandingkanse$ara visualDilakukan +ika

data pengukuran tidakterlalu lengkapataumetode pengukuran tidaksempurnamisal , hanya

diukur ke#epatan permukaansa a .


33/37


Cara Kualitatif

4an.utan 5ara Kualitatif

Keputusan tidak hanyaberdasarkanperbandingan

data hitungan dan pengukurantetapi harus pula berdasarkankaidah,kaidah hidrodinamikayang logis dan 6a.ar.


34/37


Cara Kuantitatif

5ara Kuantitatif

4etode ini menggunakan ukurantertentu untuk membandingkan)+arak* antara vektor hasil hitungandan vektor data pengukuran.

4isalnya,

(ila )nmanning

* diubah maka )+arak*

tersebut akan berubah dan di#ari

)nmanning* yang memberikan )+arak*

yang terke#il.


35/37


Ukuran untuk Kalibrasi

Dalam bahasa matematika +arak dua

vektor disebut normyang simbolnya

misalnya +arak antara ve#tor 9h

dengan ve#tor 9pditulis

3.

?ara menghitung )+arak* iniberma#am'ma#am #ara danrumusan norm ini harus mengikutikaidah property norm syarat'syaratsuatu norm3 tertentu

?ontoh, max norm atau innity

norm yaitu ,

ph uu

iama!=a
http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/


36/37


Contoh Norm

>ma!?

>

2

;

@

==

= i

aaa

52norm = +umlah kuadrat

( ) ( )[ ] >@>2;@22222

2

=+++== iL aa


37/37

Verifikasi Model

Pada prinsipnya veri"kasi modeladalah membandingkan hasilmodel dengan suatu datalapangan.

:eri"kasi model lebih ditu+ukan pada

pemeriksaan kehandalan darisuatu model.

:eri"kasi model dengan data

lapangan seperti pada kalibrasimodel hanya sa+a tidak dilakukanapa,apa pada model.

Tu+uannya untuk memberi komentar

k lit ti t k tit ti
http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/http://dasar-dasar%20pemodelan%20dinamika%20arus%20di%20perairan.ppt/

Documents

Dasar-dasar Pemodelan Dinamika Arus Di Perairan