STUDI NUMERIK PENGARUH PENAMBAHAN RECTANGULAR OBSTACLE S TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN DAN PERPINDAHAN PANAS PADA TUBE BANK YANG TERSUSUN STAGGERED DENGAN l/d = 0,2 (studi kasus lokasi obstacle (g/st) sebesar 0,04, 0,08, dan 0,12) Disusun oleh : Prisma Pradana Suwarno Putri NRP 2110 100 031 Pembimbing: Prof. Dr. Eng. Ir. Prabowo, M.Eng.
Latar Belakang
Bentuk Fin Bentuk Tube
Obstacles Vortex Reynold Number Nusselt Number Laju Perpindahan Panas
Tujuan Penelitian 1 Mengetahui pengaruh konfigurasi susunan tube yang tersusun secara staggered terhadap karakteristik aliran 2 Mengetahui pengaruh variasi lokasi rectangular obstacles terhadap karakteristik aliran 3 Mengetahui pengaruh variasi lokasi rectangular obstacle terhadap distribusi temperatur proses perpindahan panas 4 Melakukan pembuktian hipotesa dengan adanya penambahan rectangular obstacles akan meningkatkan laju perpindahan panas yang terjadi pada permukaan fin
Pemodelan Gambit 2.4.6 Simulasi Fluent 6.3.26 Radiasi diabaikan 308 K panas 45 dingin 325,77 K Wall 2 m/s Velocity inlet Steady, incompressible, uniform flow Outflow Perancangan tidak mengikutsertakan analisa ekonomi, metalurgi, dan manufaktur. Pembahasan pressure drop diabaikan
Chairunnisa dan Prabowo (2013) Studi Numerik Pengaruh Convergency Promoters (CPs) terhadap Karakteristik Aliran dan Perpindahan Panas dengan l/d = 0,25, pada Tubebanks yang Tersusun Secara Staggered, Re 3000 Re 4000 Re 5000 K-epsilon RNG T inlet = 347,14 K T tube = 310,5 K
Kontur Distribusi Kecepatan Kontur Distribusi Temperatur Kecepatan Lokal Nusselt Number 100 80 60 Nu 40 20 0 0 50 100 150 200 θ without CPs Row 1 without CPs Row 2 with CPs Row 1 with CPs Row 2
Jiin Yuh Jang, dkk (2012) Optimization of The Span Angle and Location of Vortex Generators in a Plate Fin and Tube Heat Exchanger, In-lined Staggered Sudut 30-60 Ly = 2-10 mm
Kontur distribusi keceppatan Kontur distribusi temperatur
Aliran Melalui Staggered Tubebanks
Mulai Geometri pemodelan dan data yang digunakan Pembuatan Pemodelan dengan Gambit g/st = 0,04 g/st = 0,08 g/st = 0,12 g = 1,588 mm g = 3,176 mm g = 4,764 mm Meshing dan pengaturan Boundary Layer File diekspor dalam format *.msh DIMENSI NILAI Tube Diameter luar tube (D) 15,88 mm Tranverse pitch (ST) 40 mm Longitudinal pitch (SL) 34,64 mm Diagonal pitch (SD) 40 mm Tube row number (N) 4 Fin Air flow direction length 138,64 mm Rectangular Obstacles Degree (α) 45 Lebar (w) 1,5 mm Panjang (l) 3,176 mm
Mulai Geometri pemodelan dan data yang digunakan Pembuatan Pemodelan dengan Gambit Meshing dan pengaturan Boundary Layer File diekspor dalam format *.msh BOUNDARY CONDITIONS Inlet Outlet Tube Rectangular Obstacle Garis Bantu KETERANGAN Tipe : Velocity Inlet Kecepatan inlet : 2 m/s Temperatur inlet : 308 K Tipe : Outflow Tipe : Stationary Wall Temperatur : 325,77 K Tipe : Stationary Wall Symmetry
Kondisi batas operasi dimasukkan dalam Fluent : Model Turbulence Modelling Operation Condition Solution Monitor Residuals Initialize Iterasi Konvergen Hasil Simulasi : Data kecepatan lokal tube Data koefisien konveksi tube Data Nusselt Number tube Visualisasi distribusi kecepatan dan temperatur tube Data diolah dan dianalisa PROPERTIES NILAI Temperatur inlet (K) 308 Density (kg/m 3 ) 1,149 Panas spesifik (Cp) (KJ/kg.K) 1,00732 Viskositas absolute (µ) (N.s/m 2 ) 1,884..10-5 Viskositas kinematik (m 2 /s) 1,67.10-5 Prandtl Number (Pr) 0,706 Thermal Conditivity (W/m.K) 0,269 K-epsilon RNG Turbulence Modelling Tekanan Operasi 101325 Pa Kriteria Konvergensi1e-06 Kesimpulan Initialize Inlet 2 m/s Selesai
Hasil Penelitian baseline g/st = 0,08 Vmaks Vmaks
1 2 3 4 1 2 3 4
1 2 3 4 1 2 3 4
Tube di baris 1 Tube di baris 2
Tube di baris 1 Tube di baris 2
50 Perbandingan Nu rata-rata 45 Grimisson Hasil Simulasi 37,765 42,934 Nu average 40 35 Baseline g/st = 0,04 g/st = 0,08 g/st = 0,12 g/st = 0,04 g/st = 0,08 g/st = 0,12 30 1 2 3 4 5,74 % 3,55 % 1,42 % Baris Tube 0.045 0.04 0.035 Temperatur outlet y 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 Baseline g/st 0,04 g/st 0,08 g/st 0,12 Baseline g/st = 0,04 g/st = 0,08 g/st = 0,12 310,81 311,08 310,91 310,85 0.005 0 310.7 310.8 310.9 311 311.1 Temperatur Keluar (K) 311.2
Kesimpulan Nusselt numbe rata-rata yang meningkat sekitar 1,43 5,74 %. Pada posisi rectangular obstacle g/d sebesar 0,04 memiliki nusselt numbe rata-rata yang paling besar. Nilai kecepatan lokal aliran rata-rata meningkat sekitar 19,33 30,59 %. Pada posisi rectangular obstacle g/d sebesar 0,04 memiliki kecepatan aliran rata-rata yang paling besar. Distribusi temperatur keluaran pada model dengan penambahan rectangular obstacle lebih tinggi daripada model baseline. Posisi g/d sebesar 0,04 memiliki distribusi temperatur keluaran terbesar.