Kajian CFD Pengaruh Variasi Jumlah Nozzle terhadap Performa dan Distribusi Medan Aliran Termal pada Vortex Tube

Ramadhany, Wulan Suci (2026) Kajian CFD Pengaruh Variasi Jumlah Nozzle terhadap Performa dan Distribusi Medan Aliran Termal pada Vortex Tube. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 2039221073-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (6MB) | Request a copy

Abstract

Vortex tube merupakan alat sederhana yang mampu memisahkan aliran udara bertekanan menjadi dua aliran dengan temperatur berbeda, yaitu aliran dingin dan aliran panas, tanpa memerlukan komponen bergerak maupun sumber energi eksternal. Meskipun banyak digunakan dalam aplikasi pendinginan skala kecil, pemahaman mengenai pengaruh geometri nozzle terhadap performa dan distribusi medan aliran termal pada vortex tube masih memerlukan kajian lebih lanjut. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh variasi jumlah nozzle (2, 3, 4, 5, dan 6 nozzle) terhadap performa termal dan distribusi medan aliran pada vortex tube menggunakan metode simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD). Simulasi dilakukan menggunakan perangkat lunak Ansys Fluent dengan model turbulensi standar k-epsilon, dan divalidasi terhadap hasil simulasi CFD Skye et al. (2006) menggunakan geometri vortex tube yang sama. Hasil validasi menunjukkan error rata-rata sebesar [isi]% untuk parameter ΔTc dan [isi]% untuk parameter ΔTh. Hasil penelitian menunjukkan bahwa performa termal terbaik secara konsisten diperoleh pada konfigurasi 2 nozzle. Kinerja pendinginan (ΔTc) tertinggi diperoleh pada konfigurasi 2 nozzle dengan cold fraction 21%, yaitu sebesar 41,98 K. Kinerja pemanasan (ΔTh) tertinggi diperoleh pada konfigurasi 2 nozzle dengan cold fraction 51%, yaitu sebesar 21,99 K. Sementara itu, kapasitas pemisahan temperatur total (ΔT) tertinggi diperoleh pada konfigurasi 2 nozzle dengan cold fraction 37%, yaitu sebesar 54,29 K. Hasil visualisasi kontur kecepatan dan tekanan turut menunjukkan bahwa konfigurasi nozzle lebih sedikit menghasilkan intensitas swirl yang lebih tinggi dan bertahan lebih jauh sepanjang tabung kerja, yang menjelaskan performa termal yang lebih baik pada konfigurasi tersebut. Penelitian ini menyimpulkan bahwa jumlah nozzle berpengaruh signifikan terhadap performa termal vortex tube, dengan konfigurasi 2 nozzle memberikan performa optimum pada rentang parameter yang dikaji.
=====================================================================================================================================
A vortex tube is a simple device capable of separating a pressurized air flow into two streams with different temperatures—a cold stream and a hot stream—without requiring any moving parts or external energy source. Although widely used in small-scale cooling applications, the understanding of how nozzle geometry affects the thermal performance and flow field distribution of a vortex tube still requires further investigation. This study aims to analyze the effect of nozzle number variation (2, 3, 4, 5, and 6 nozzles) on the thermal performance and flow field distribution of a vortex tube using the Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation method. The simulations were performed using Ansys Fluent software with the standard k-epsilon turbulence model, and were validated against the CFD simulation results of Skye et al. (2006) using the same vortex tube geometry. The validation results show an average error of [fill in]% for the ΔTc parameter and [fill in]% for the ΔTh parameter. The results indicate that the best thermal performance was consistently obtained with the 2-nozzle configuration. The highest cooling performance (ΔTc) was obtained with the 2-nozzle configuration at a cold fraction of 21%, reaching 41.98 K. The highest heating performance (ΔTh) was obtained with the 2-nozzle configuration at a cold fraction of 51%, reaching 21.99 K. Meanwhile, the highest total temperature separation capacity (ΔT) was obtained with the 2-nozzle configuration at a cold fraction of 37%, reaching 54.29 K. Visualization of the velocity and pressure contours further shows that configurations with fewer nozzles generate a higher swirl intensity that persists further along the working tube, which explains the superior thermal performance of these configurations. This study concludes that the number of nozzles significantly affects the thermal performance of the vortex tube, with the 2-nozzle configuration providing optimum performance within the range of parameters studied.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Vortex Tube, Jumlah Nozzle, CFD, Performa Pendinginan, Medan Aliran dan Termal, Vortex Tube, Number of Nozzles, Computational Fluid Dynamics (CFD), Cooling Performance, Flow and Thermal Fields
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ265.E23 Thermodynamics. T Technology > TL Motor vehicles. Aeronautics. Astronautics > TL507.G77 Vortex generators.
Divisions:	Faculty of Vocational > Mechanical Industrial Engineering (D4)
Depositing User:	Wulan Suci Ramadhany
Date Deposited:	01 Aug 2026 03:02
Last Modified:	01 Aug 2026 03:04
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/141301

Actions (login required)

View Item