Karakteristik drag pada silinder annular fin dengan variasi jarak antar fin

Sudirman, - (2015) Karakteristik drag pada silinder annular fin dengan variasi jarak antar fin. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img]
Preview
Text
2113202011-Undergraduate.pdf

Download (8MB) | Preview

Abstract

Fluida yang mengalir melewati suatu objek akan memberikan pengaruh yang cukup signifikan berupa lift force dan drag force pada permukaan benda tersebut. Hal ini sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran free-stream, profil aliran, kondisi permukaan benda, bentuk maupun orientasi benda yang dilintasi. Salah satu bentuk benda yang banyak ditemui pada dunia industri adalah silinder dengan annular fin, dimana penggunaannya adalah sebagai pendingin udara internal combustion engine dan alat penukar kalor. Pengamatan dengan metode numerik dapat digunakan untuk menganalisa aliran di sekitar silinder dengan annular fin dan membandingkannya dengan hasil metode eksperimen. Benda uji berupa silinder sirkular diameter 25 mm ditambahkan annular fin pada permukaannya dengan tebal fin 2 mm. Pengaruh jarak antar fin dengan variasi 10 mm, 14 mm, dan 18 mm terhadap karakteristik drag dan struktur aliran yang terjadi di permukaan fin dan daerah wake diamati dengan metode simulasi numerik menggunakan software Fluent 6.3 dan eksperimen pada open-circuit sub sonic wind tunnel dengan bilangan Reynolds 2,5 x 104 berdasarkan diameter silinder dan kecepatan rata-rata inlet. Pengukuran kecepatan dilakukan dengan menghubungkan total pressure tube ke transducer pada jarak 4d dari sumbu silinder di daerah downstream. Sedangkan gaya drag didapatkan dengan pengukuran secara langsung menggunakan external force balance. Model 3D-steady flow Reynolds Averaged- Navier Stokes (RANS) dan RNG k-ε dipilih sebagai turbulence model yang digunakan untuk simulasi numerik. Silinder bersirip yang diamati dan bentuk saluran yang digunakan merupakan bentuk benda yang simetris, maka untuk simulasi numerik digunakan symmetry boundary. Total drag terbesar terjadi pada silinder bersirip dengan fin pitch 10 mm kemudian 14 mm, 18 mm, dan silinder sirkular. Hal ini dipertegas dengan profil kecepatan hasil eksperimen dan simulasi numerik yang menunjukkan bahwa daerah wake di belakang silinder bersirip dengan fin pitch 10 mm lebih luas dibandingkan silinder sirkular dan silinder bersirip lainnya. Semakin rapat jarak antar fin, separasi aliran yang terjadi pada ruang antar fin terjadi lebih awal. Letak titik separasi di permukaan silinder sirkular terjadi pada titik 119o dan pada permukaan silinder bersirip dengan jarak antar fin 10 mm, 14 mm, dan 18 mm masing-masing pada titik 112o, 113o, dan 115o. Ketika jarak antar fin meningkat, posisi separasi aliran dan vorteks di permukaan fin bergerak mendekat ke daerah di belakang silinder. Hal ini menunjukkan bahwa udara tidak mengalir dengan baik pada daerah tersebut untuk fin pitch yang sempit. ========================================================================================================== The fluid flows through an object will provide significant influence in the form of lift force and drag force on the surface of the object. It is highly influenced by the free-stream flow velocity, flow profile, object surface conditions, form and orientation of the object crossed. One of the objects widely used in industry is a cylinder with annular fin, where its use is as an air conditioner internal combustion engine and a heat exchanger. Observations by numerical methods can be used to analyze the flow around a cylinder with annular fins and compare it with the results of the experimental method. The cylindrical test object with diameter of 25 mm is added annular fin on its surface with fin thickness 2 mm. The influence of fin pitch variations of 10 mm, 14 mm, and 18 mm on the characteristics of drag and flow structures that occur on the surface of the fin and wake area observed by the method of numerical simulation using FLUENT 6.3 software and experiment in open-circuit sub-sonic wind tunnel with Reynolds numbers based on the cylinder diameter and average velocity inlet is 2.5 x 104. Velocity measurement is done by connecting the total pressure tube to transducer at a distance 4d of the cylinder axis in the downstream area. While the drag force is obtained by direct measurement using an external force balance. 3D models-steady flow Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) and RNG k-ε chosen as the turbulence model for numerical simulation. On this observations, finned cylinders and form channels that used a form of symmetrical objects, then for numerical simulation used the symmetry boundary. The greatest drag total accoured on the finned cylinder with a fin pitch of 10 mm then 14 mm, 18 mm, and a circular cylinder. This is confirmed by experimental and numerical simulations results of velocity profiles indicate that the wake region behind the cylinder fins with fin pitch of 10 mm wider than the circular cylinder and other finned cylinder. When the fin pitch increased, flow separation that occurs in the space between the fin occurs earlier. The location of the separation point on the surface of a circular cylinder occurs at the point on the surface 119o and the finned cylinder with fin pitch of 10 mm, 14 mm, and 18 mm respectively at the point of 112o, 113o, and 115o. When the fin pitch increased, the position of flow separation and vortex at the surface of the fin moved to the leeward side. The result shows that the air does not flow well to the leeward side.

Item Type: Thesis (Masters)
Additional Information: RTM 620.106 4 Sud k
Uncontrolled Keywords: Silinder bersirip; karakteristik drag; annular fin; fin pitch
Subjects: T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery
Divisions: Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User: - Taufiq Rahmanu
Date Deposited: 25 Jun 2019 07:37
Last Modified: 25 Jun 2019 07:37
URI: https://repository.its.ac.id/id/eprint/63255

Actions (login required)

View Item View Item