Bab I Pendahuluan

1.1 Sejarah FluidaMekanika fluida adalah suatu cabang ilmu yang mempelajari perilaku dari fluida baik

diam maupun bergerak. Secara umum cakupan mekanika fluida sangat luas termasuk mempelajari zat cair maupun gas. Namun biasanya dibatasi hanya mempelajari zat cair dan gas yang pengaruh pemampatan dapat diabaikan.

Archimedes (287-212 SM) adalah yang pertama kali mempelajari gaya-gaya apung dan stabilitas benda mengapung di atas air. Kemudian Leonardo Da Vinci (1452-1519) yang melakukan investigasi mengenai fluida tentang prinsip kontinuitas. Untuk beberapa millenium, tidak ada perkembangan Mekanika Fluida yang esensial. Pekerjaan Leonardo Da Vinci diikuti oleh Galileo Galilei (1564-1642) dan Evangelista Torricelli (1608-1647). Sementara itu Galileo Galilei menghasilkan ide yang sangat penting untuk melakukan penelitian eksperimental tentang hidrolis dan memberikan konsep tentang vakum yang dikenalkan oleh Aristoteles. Galileo Galilei merealisasikan hubungan antara berat udara atmosfer dan tekanan barometrik. Ia juga yang mengembangkan teori liquid jatuh bebas. Pekerjaan Toricelli merupakan kontribusi penting terhadap hukum fluida mengalir keluar dari suatu tangki dengan pengaruh gravitasi.

Issac Newton (1642-1727) memberikan dasar teori tentang aliran fluida. Ia yang pertama merealisasikan tentang momentum transport, yang mengenalkan gesekan aliran yang sebanding dengan gradient kecepatan dan arahnya tegak lurus dengan arah aliran. Ia juga membuat beberapa kontribusi tambahan kepada evaluasi friction drag. Henri de Pitot (1665-1771) memberikan kontribusi penting tentang pemahaman tekanan stagnasi yang timbul dalam suatu aliran pada titik stagnasi. Ia juga yang pertama mencoba membuat kecepatan aliran yang timbul akibat beda tekanan. Daniel Bernoulli (1700-1782) meletakkan pondasi hidromekanik dengan membuat hubungan antara tekanan dan kecepatan dengan dasar prinsip energi yang sederhana. Ia membuat kontribusi penting kepada pengukuran tekanann, teknologi manometer dan alat hidromekanik.

Leonhard Euler (1707-1783) memformulasikan dasar-dasar persamaan aliran untuk fluida ideal. Ia menekankan pentingnya tekanan untuk seluruh bidanng Mekanika Fluida dan menerangkan tentang timbulnya kavitasi dalam suatu instalasi fluida. Prinsip dasar dari mesin turbo ditemukan dan diterangkan oleh Euler. Ia memformulasikan persamaan dasar yang diberikan oleh Jean le Rond d’Alembert (1717-1783). Ia menguraikan persamaan kontinuitas dalam bentuk persamaan diferensial dan mengenalkan penggunaan bilangan kompleks dalam teori potensial. Pengembangan persamaan dasar Mekanika Fluida kemudian dilanjutkan oleh Joseph de Lagrange (1736-1813), Louis Marie Henri Navier (1785-1836) dan Barr de Saint Venant (1797-1886). Oleh karena solusi persamaan belum ditemukan maka Antoine Chezy (1718-1798) memberikan beberapa parameter similaritas agar dapat mentransfer hasil

pengamatan dari satu aliran ke aliran alinnya. Didasarkan atas hukum similaritas, penelitian eksperimental terus dilakukan oleh Giovanni Battista Venturi (1746-1822), dan penelitian eksperimental pengukuran kerugian tekanan dalam aliran dilakukan oleh Gotthilf Ludwig Hagen (1797-1884). Studi Drag hidrodinamik dilakukan oleh Jean-Louis Poiseuille (1799-1869). Kemudian Ernest March (1836-1916) yang memberikan teori aerodinamik dan ia merupakan perintis aerodinamik supersonik yang berhubungan dengan perubahan densitas aliran.

Pengembangan Mekanika Fluida secara analitik dilakukan dalam abad ke-19 oleh George Gabriel Stokes (1816-1903) yang membuat kontribusi analitik terhadap fluida viskos. John William Statt Lord Rayleigh (1842-1919) melakukan banyak pengamatan pada similaritas dinamik dan instabilitas hidrodinamik. Turunan-turunan dari gerak gelombang, instabilitas gelembung-gelembung dan butiran liquid, dan jet fluida diikuti indikasi-indikasi bagaimana instabilitas linier dalam Mekanika Fluida bisa terjadi. Sesudah perintis pekerjaan Ludwig Prandtl (1875-1953), yang mengenalkan konsep lapisan batas ke dalam Mekanika Fluida, solusi analitik terhadap persamaan dasar seperti solusi persamaan lapisan batas yang diberikan oleh Paul Richard Heinrich Blasius (1883-1970).

Babak baru dalam Mekanika Fluida dijelaskan oleh Osborne Reynolds (1832-1912). Ia merintis penelitian dalam bidang Mekanika Fluida, khususnya penelitian dasar tentang aliran turbulent. Ia mendemonstrasikan bahwa ada kemungkinan untuk memformulasikan persamaan Navier-Stokes dalam bentuk waktu rata-rata agar dapat menerangkan proses transport turbulent. Pekerjaan yang penting dalam bidang ini diberikan oleh Ludwig Prandtl (1875-1953) yang memberikan pengetahuan dasar tentang lapisan batas. Theodor Von Karman (1881-1973) memberikan kontribusi pada sub-bidang Mekanika Fluida dan diikuti oleh banyak peneliti-peneliti yang terkait dengan solusi dari problem Mekanika Fluida. Pei Yuan Chou (1902-1993) dan Andrei Nikolaevich Kolmogorov (1903-1987) berkontribusi atas teori turbulen dan Hermann Schlichting (1907-1982) berkontribusi atas pekerjaannya dalam bidang transisi aliran laminer ke turbulen dan atas pengetahuannya yang mengkonverikannya ke dalam solusi-solusi praktis terhadap problem aliran fluida.

Dalam abad ke-20 Mekanika Fluida dikembangkan baik secara eksperimental maupun secara komputasi yang dibutuhkan untuk solusi praktis dari problem aliran. Kombinasi aplikasi eksperimental dan metode numerik banyak dilakukan di abad ke-21. Akhirnya, kemajuan pesat telah dicapai dalam abad terkahir ini dalam bidang Mekanika Fluida numerik. Perkembangan dalam matematika terapan mengambil tempat untuk penyelesaian persamaan diferensial parsial secara numerik. Secara paralel, perkembangan metode komputasi dengan menggunakan komputer dengan kecepatan tinggi.

1.2 Trend Perkembangan Mekanika Fluida

Perkembangan di bidang Mekanika Fluida dari tahun ke tahun meningkat. Dalam abad ke-20 berkembang pesat kepada penyelesaian persamaan-persamaan bidan Mekanika Fluida secara numerik. Dalam waktu yang sama, pada masa ini juga membawa perkembangan yang sangat besar dalam bidang eksperimental dari Mekanika Fluida. Perkembangan yang cepat dari komponen-komponen alat ukur elektronik, lase, optik, berbagai macam sensor, micro-technique dan sebagainya telah menghasilkan perkembangan teknik pengukuran yang berpresisi tinggi dan yang sekarang tersedia untuk studi pengembangan aliran fluida.

Kemajuan dari bidang Mekanika Fluida mengarah kepada penelitian-penelitian untuk mendapatkan konsep yang inovatif maupun metodologi. Estimasi variabel-variabel yang berhubungan dengan fluida akan dapat menentukan dalam pemilihan konsep konfigurasi suatu alat atau sistem pada tahap perencanaan. Selain daripada itu, karakteristik aliran yang timbul akibat mengalirnya fluida terus dipelajari dan diteliti. Seperti visualisasi aliran akan dapat lebih diketahui lebih jauh karakteristiknya dengan memakai alat ukur yang modern.

Penggunaan komputer dalam proses komputasi Mekanika Fluida meningkat. Hal ini dapat dilihat dengan jumlah publikasi dengan metode komputasi sekitar 2.500 yang terbit dalam kurun waktu dari tahun 1991 s.d. 1995 dan sekitar 24.000 publikasi dalam kurun waktu 1996 s.d. 2000 (Haidari et al., 2003). Metode komputasi Mekanika Fluida memegang peranan yang penting dalam perencanaan dan pengembangan sistem fluida. Trend komputasi Mekanika Fluida ke depan semakin meningkat oleh karena diterima secara luas baik dalam penelitian maupun dalam rancang bangun karena mempunyai keuntungan berikut:

Mengurangi secara signifikan biaya perencanaan baru

Dapat menganalisa sistem dimana secara eksperimen sulit dilakukan

Dapat menganalisa sistem yang kondisinya di luar level performance biasanya

Dapat memberikan opsi analisis dan opsi hasil secara detail yang sangat banyak.

Bab II Dasar Teori