Investigasi Numerik 2D Pengaruh Variasi Sudut Inlet Disturbance Body Terhadap Karakteristik Aliran Dan Perpindahan Panas Melintasi Silinder Sirkular Susunan Staggered

Ryanto, Ivan Fauzi (2017) Investigasi Numerik 2D Pengaruh Variasi Sudut Inlet Disturbance Body Terhadap Karakteristik Aliran Dan Perpindahan Panas Melintasi Silinder Sirkular Susunan Staggered. Undergraduate thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img]
Preview
Text
2113100192-Undergraduate_Theses.pdf - Published Version

Download (5MB) | Preview

Abstract

Peralatan penukar panas merupakan salah satu peralatan yang sangat penting karena banyak digunakan dalam berbagai sendi kehidupan manusia, salah satunya adalah pada pembangkit listrik. Proses pertukaran panas terjadi antara dua fluida yang saling dipisahkan dengan sebuah medium berupa pipa sirkular. Pipa-pipa dalam peralatan ini disusun dengan suatu konfigurasi tertentu untuk mencapai hasil pertukaran panas yang diinginkan. Dalam prosesnya, aliran dapat mengalami kerugian berupa pressure drop akibat adanya friction loss ketika melintasi pipa. Salah satu usaha untuk mengurangi pressure drop yang terjadi pada aliran adalah dengan menambahkan body pengganggu (Inlet Disturbance Body) berbentuk silinder sirkular di sisi upstream dari silinder (pipa) utama. Penelitian ini dilakukan dengan metode simulasi numerik 2D, dengan model turbulensi yang digunakan adalah k-ω SST menggunakan Energy Equation. Aliran bersifat Incompressible dan Unsteady. Model uji berupa sistem Tunnel and Tube cross flow dengan diameter tube sebesar D=25 mm, diameter IDB sebesar d=4mm, dan gap di antara keduanya sebesar 0.4 mm. Sisi inlet dan outlet memiliki diameter penampang sebesar 12D. Jumlah tube yang digunakan adalah 5 buah dengan bentuk silinder sirkular staggered, dengan jarak transversal ST/D=2 dan jarak longitudinal SL/D=1.5. Reynolds number yang digunakan yaitu 2.2 x 104. Variasi yang akan digunakan adalah sudut IDB pada α=20°~60° (setiap 10°). Hasil dari simulasi numerik 2D ini didapatkan bahwa dengan penambahan IDB mampu menurunkan pressure drop akibat friction loss dengan menunda terjadinya separasi aliran pada silinder sirkular. Penambahan IDB pada sudut 30° merupakan posisi sudut yang paling optimal untuk mereduksi gaya drag yang menyebabkan pressure drop pada aliran. Dibanding sistem tanpa penambahan IDB, penambahan IDB pada sudut 30° mampu mengurangi defisit momentum hingga rasio sekitar 0.6. Gaya drag yang dialami aliran turun, dengan penurunan koefisien drag rata-rata sebesar 16.1% dengan nilai rata-rata CD sebesar 0.617. Fenomena ini juga didukung dengan peningkatan frekuensi vortex shedding yang mengakibatkan meningkatnya nilai bilangan Strouhal rata-rata hingga mencapai 0.383. Nilai pressure drop yang dievaluasi pada variasi juga turun hingga 26.1%. Namun, penambahan IDB pada sudut 20° justru memberikan hasil nilai bilangan Nusselt yang paling optimal, yaitu sebesar 125.16. ================================================================== Heat Exchanger is one of many important tools for human life, like power generation process. Heat exchange phenomena occurs between two different fluids that are separated by a solid medium of circular pipe. The pipes also can be arranged to a certain configuration, so the heat exchange objectives can be achieved. On the process, the fluid flow always experiences pressure drop by means of friction loss on the pipe surface. A way to decrease this pressure drop is by adding an Inlet Disturbance Body (IDB) with circular shape in upstream area of the main cylinder. The research conducted on 2-dimensional numerical simulation. With the activated Energy Equation, k-ω SST turbulence model is used, and the flow is situated in Incompressible and Unsteady condition. The model for simulation domain is tunnel and tube cross flow, accompanied by specifications of 25mm of main cylinder diameter and 4mm of IDB diameter which are separated by 0.4mm of gap. Inlet and Outlet projected distance are 12D. Five main circular cylinders are placed on staggered position, with formation distances of ST/D=2 as transversal distance and SL/D=1.5 as longitudinal distance. The flow has Reynolds number value of 2.2 x 104. The focus of the research is to determine which IDB angle position is the optimum to decrease the pressure drop, by variating its angle position (α) from 20° to 60° with 10° difference. The 2-dimensional numerical simulation result shows that pressure drop caused by friction loss can be decreased by adding IDBs in upstream area of main cylinders, which delay the separation flow on the main cylinder surface. Placing IDBs in 30° position is the optimum position to reduce drag force of the flow that cause pressure drop. Compared to the system without IDBs, adding IDBs in 30° position can reduce the momentum deficit ratio to about 0.6. Drag force of the flow also decreased, with 16.1% slope of average drag coefficient and 0.617 for its value. This evidence is also supported by the raise of vortex shedding frequency of cylinders which increased the average Strouhal number value of 0.383 for this variation. Evaluated pressure drop in this variation is the lowest one, and it’s 26.1% of reduction. But, IDBs with 20° position gave the highest value of Nusselt number, which is 125.16.

Item Type: Thesis (Undergraduate)
Uncontrolled Keywords: Cross flow, Inlet disturbance body, Staggered, Drag, Nusselt, Strouhal
Subjects: T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery
T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ164 Power plants--Design and construction
Divisions: Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > (S1) Undergraduate Theses
Depositing User: Ivan Fauzi Ryanto
Date Deposited: 28 Aug 2017 08:23
Last Modified: 28 Aug 2017 08:23
URI: http://repository.its.ac.id/id/eprint/43474

Actions (login required)

View Item View Item