STUDI NUMERIK PENGARUH TRANVERSE DAN PITCH …mmt.its.ac.id/download/SEMNAS/SEMNAS XX/MI NEW/35....

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXProgram Studi MMT-ITS, Surabaya 1 Februari 2014

ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-1

STUDI NUMERIK PENGARUH TRANVERSE DAN LONGITUDINALPITCH TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN DAN

PERPINDAHAN PANAS CROSS-FLOW SUSUNAN TUBE TIPESTAGGERED

1Yusuf dan 2Prabowo1Program Magister Teknik Bidang Konversi Energi

Jurusan Teknik Mesin, Institute Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya2 Institut Teknologi Sepuluh Nopember, FTI-Teknik Mesin, Surabaya, 60111, Indonesia

Email: [email protected], [email protected]

ABSTRAK

Karakteristik aliran dan perpindahan panas fluida terhadap silinder sirkular denganpola tertentu sering digunakan dalam berbagai cabang teknologi modern saat ini, yang aplikasipraktisnya banyak dipakai di dunia industri seperti menentukan desain susunan tube atau pipapada sistem alat penukar panas (heat exchangers), refrigeration, air conditioner, coolingtower,chemical process, electronic cooling, struktur pelindung jaringan kabel, dsb. Besarnyanilai heat transfer saat aliran fluida melintasi silinder sirkular yang ditunjukkan denganparameter Nusselt number, baik itu Nusselt number lokal (NuФ) maupun Nusselt number rata-rata.

Perpindahan panas pada silinder sirkular dengan susunan tube tipe staggered sifatnyaforced convection dengan menggunakan 3 variasi Reynolds number (ReD) yaitu 80, 200, 5000dan variasi transverse pitch (1,5D; 2D) dan longitudinal pitch (1,5D; 2D). Temperatur inletfluida kerja udara yang masuk shell 350 oK dan temperatur tube 300 oK yang dimodelkandengan Gambit 2.4.6 dan disimulasikan menggunakan Fluent 6.3.26 dengan model turbulenk- SST untuk memperoleh data yang berhubungan dengan profile aliran dan distribusitemperatur.

Kata kunci: Perpindahan Panas, Silinder Sirkular, Staggered, Nusselt number dan Tube.

PENDAHULUAN

Silinder sirkular merupakan bentuk yang sering digunaka pada teknologi modern saatini. Bentuk yang melengkung serta aliran melintasi permukaan silinder merupakan konsepyang digunakan untuk mengetahui karakteristik aliran dan perpindahan panas pada alatpenukar panas (heat axchanger). Didalam heat exchangers terjadi proses pertukaran panasantara fluida cair maupun gas, dimana fluida ini mempunyai temperatur berbeda. HeatExchanger banyak digunakan di berbagai industri tenaga atau industri lainnya dikarenakanmempunyai beberapa keuntungan yaitu konstruksi sederhana, kokoh, kemampuannya untukbekerja pada tekanan dan temperatur yang tinggi.

Ada beberapa jenis Heat Exchanger diantaranya adalah Shell and tube heat exchanger.Konstruksi tipe Shell and tube heat exchanger terdiri dari sebuah tabung yang berisikansekumpulan tube. Shell and tube heat exchanger diklasifikasikan berdasarkan jumlah laluanyang ada di sisi tube atau pada sisis hell. Fluida yang mengalir di dalam tube merupakanfluida dingin yang berfungsi sebagai pendingin, sedangkan yang mengalir di dalam shelladalah fluida panas atau sebaliknya, dimana kedua fluida tersebut tidak bercampur satu samalain. Aliran fluida yang mengalir didalam shell and tube arahnya bisa counter flow, crossflow, paralel maupun campuran. Arah aliran counter terjadi ketika kedua fluida mengalir


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-2

dengan berlawanan arah, aliran cross terjadi ketika salah satu fluida mengalir secara tegaklurus terhadap fluida yang lain dan aliran paralel terjadi ketika kedua fluida masuk dan keluardalam arah yang sama, sedangkan aliran campuran merupakan gabungan dari berbagai aliranyang digunakan.

Penelitian mengenai perpindahan panas dan karakteristik aliran disekitar tube banktelah banyak dilakukan, perpindahan panas dan stuktur aliran disekitar selinder sirkular crossflow (Buyruk, 1997), karakteristik aliran dan perpindahan panas pada susunan tube tipestaggerd dengan Reynolds number 4,8x104 dan pengaruh blockage rasio untuk satu tube dansatu row didalam duck dengan kisaran bilangan Reynolds dari 7.960 – 47.770. Yang menjadipengamatan adalah bagaimana pengaruh perubahan dari Boundary layer disekitar titikstagnasi, separasi dan vortex yang terjadi di daerah pembentukan wake terhadap perpindahanpanasnya.

Studi numerik karakteristik perpindahan panas pada Tandem Silinder, Inline danStaggered tube bank aliran udara Cross flow (Buyruk, 2002), analisa numerik digunakanuntuk mengetahui perpindahan panas pada susunan silinder tandem, inline dan staggereddengan aliran udara cross flow pada geometri dan kondisi aliran yang berbeda. Untuk tandemsilinder geometrinya dengan L/D = 1.13, 2, 3, 6 dan bilangan Reynolds konstan 400.Sedangkan pada tube bank: tiga silinder isotermal untuk tipe staggered, empat silinderisotermal untuk tipe inline dan masing-masing ST x SL = 2 x 2 dan bilangan Reynoldsdivariasikan pada angka 80, 120, 200.

Perpindahan panas konveksi cross flow pada tube bank (Khan, Culham, danYovanovich, 2006), perpindahan panas pada susunan tube bank dengan variasi susunan ST

dan SL yang berbeda. Dengan variasi tersebut didapat perpindahan panas pada susunan tubetipe staggered lebih besar dibandingkan dengan susunan tube tipe in-line. Terjadi peningkatanperpindahan panas dengan menurunnya longitudinal dan tranverse pitch. Perpindahan panasmeningkat secara liniear dengan meningkatnya bilangan Reynolds.

Investigasi numerik aliran unsteady pada silinder sirkular dengan metode finit volume2D (Rahman, Karim dan Alim, 2007), studi numerik pada aliran yang melintasi silindersirkular tunggal menggunakan pemodelan SST k-ω. Hasil dari penelitiannya adalah bahwapemodelan SST k-ω bisa memprediksi secara akurat aliran yang melintasi silinder sirkulartunggal pada gaya drag yang terjadi.

Studi numerik perpindahan panas konveksi paksa cross flow untuk susunan tubestaggered (Tahseen, Ishak dan Rahman, 2011) studi numerik perpindahan panas konveksipaksa untuk tube tipe staggered pada aliran cross-flow dengan kondisi incompressible dansteady-state. Penyelesaiannya menggunakan Body Fitted Coordinates (BFC) dengan metodeFinite Difference Method (FDM). Rasio antara Tranverse Picth dengan diameter tube (ST/D)1,25; 1,5 dan 2 dengan variasi Reynolds Numbers 25 sampai dengan 250.

Zukauskas dan J. Ziugzda, Reynolds number digunakan sebagai parameter untukmenggambarkan regime dari suatu aliran. Re < 1 aliran yang terjadi didominasi oleh gayaviskos dan boundary layer pada dinding silinder tidak terjadi separasi. Sehingga aliran padaupstream dan downstream mendekati simetri dan tidak ada vortex shedding, 3 < Re < 5terbentuk dua vortice, Re > 40 wake menjadi unstable dan terdapat vortex shedding yangdiawali oleh terbentuknya vorticity oleh adanya adverse pressure gradient dan gaya viskos.Pada 150 < Re < 300 periodic vortex flow dimana range aliran dari transisi menjadi aliranturbulen.

Pada penelitian ini akan diteliti secara numerik mengenai pengaruh bilangan Reynolds,tranverse dan longitudinal pitch terhadap karateristik aliran dan perpindahan panas padasilinder sirkular tipe staggered yang menggunakan 3 variasi bilangan Reynolds yaitu 80, 200


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-3

dan 5000 dan variasi tranverse dan longitudinal pitch masing-masing 2D, 1.5D. Denganmenggunakan CFD Fluent 6.3.26.

Tujuan yang hendak dicapai dari penelitian ini untuk mengetahui karakteristik alirandan perpindahan panas pada susunan tube tipe staggred akibat pengaruh Reynolds number,tranverse dan longitudinal pitch.

METODE

Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini yaitu metode simulasi CFD(Computational Fluid Dyamics) yaitu suatu ilmu pengetahuan yang mempelajari caramempredeksi aliran fluida dan perpindahan panas menggunakan persamaan-persamaanmatematika (model matematika). Pada dasarnya persamaan-persaman tersebut dibanguan dandianalisa berdasarkan persaman difrensial parsial yang mempresentasikan hukum-hukumkonservasi massa, momentum dan energi. Pada penelitian ini, aliran diasumsikan sebagai 2-D,steady flow, external flow, incompressible fluid dan viscous fluid.

Persamaan dasar aliran dan perpindahan panasKonservasi massa

+ ( ) =0 (1)

Persamaan continuitasAliran incompressible sehingga :+ = 0 (2)

Persamaan momentum+ ( . ∇) = −

− + ∇ (3)

Persamaan energi

+ ( . ∇) = ∇ T (4)

Persamaan perpindahan panas= ℎ. ( . ) (5)

Karakteristik Aliran Fluida pada Tube BankAliran melintasi tube baris pertama pada tube bank mirip dengan aliran melintasi tube

tunggal secara tegak lurus. Untuk baris tube berikutnya, aliran sangat dipengaruhi olehsusunan tube. Pada susunan tube aligned, untuk baris kedua dan seterusnya telah terjaditurbulensi pada upstream. Nilai koefisien konveksi sangat dipengaruhi oleh tingkat turbulensialiran melintasi tube dan jumlah baris. Pada umumnya, koefisien konveksi akan bertambahdengan bertambahnya jumlah baris sampai kira-kira baris kelima, setelah itu hanya ada sedikitperubahan pada turbulensi dan nilai koefisien konveksi. Untuk ST/SL yang kecil, tube padabaris pertama akan menghalangi turbulensi aliran di baris berikutnya dan heat transfer akanberkurang karena sebagian besar permukaan tube tidak akan teraliri fluida utama. Untuksusunan tube staggered, lintasan aliran utama lebih berliku-liku didaerah downstream tubesehingga akan lebih banyak permukaan tube yang teraliri. Pada susunan staggered, kenaikanperpindahan panas dipengaruhi oleh tingkat liku-liku aliran terutama pada angka Reynoldsyang kecil (Re < 100).


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-4

(a) (b)

Gambar 1. Aliran Fluida Melintasi tube (a) aligned dan (b) staggered

Terbentuknya boundary layer transition dan posisi titik separasi tergantung padaReynolds number. Untuk sirkular silinder panjang dimana panjang karakteristiknya berupadiameter, bilangan Reynolds didefinisikan sebagai:=

µ=

(6)

Pada susunan tube seperti gambar 2 maka kecepatan maksimum aliran fluida dapatterjadi pada luasan A1 maupun pada luasan A2 . Kecepatan maksimum terjadi pada A2apabila memenuhi syarat berikut:= + / < (7)

Maka Vmax didapat dengan persamaan:= ( ) (8)

Jika Vmax terjadi pada A1 untuk konfigurasi staggered maka persamaan yang digunakanadalah: = (9)

Gambar 2. Kecepatan maksimum pada tube bank tipe staggered

Koefisien perpindahan panas rata-rata udara yang mengalir dengan jumlah tube 10 barisatau lebih (NL ≥ 10), dapat dihitung dengan persamaan Grimisom:= . , . / (10)

Dimana C1 dan m merupakan konstanta.Untuk susunan jumlah tube kurang dari 10 baris (NL≤10) dapat menggunakan faktor koreksisebagai berikut :|( ) = . |( ) (11)


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-5

Tabel 1. Konstanta Persamaan 10 untuk Aliran Fluida yang Melintasi Tube Bank denganJumlah Row 10 atau Lebih

Tabel 2 Faktor Koreksi C2 pada Persamaan 11 untuk NL < 10

Metode Numerik

Proses pembuatan geometri dan meshing dilakukan dengan menggunakan softwareGambit 2.4 yang kemudian dieksport ke Fluent 6.3.26 untuk disimulasi. Ada beberapatahapan yang harus dilakukan sebelum proses iterasi dilakukan. Antara lain : pemilihanmodel, identifikasi material, set up Boundary condition, pemilihan solusi.

Gambar 3. Computation Domain

Gambar 3, merupakan visualisasi dari computation domain yang dibuat berdasarkangeometri dimana aliran melintasi silinder sirkular pada sebuah channel yang mana alirandikondisikan mengalami konveksi paksa.

Pembuatan meshing (grid) pada model merupakan aspek yang penting gunamenentukan keakurasian dan kemampuan konvergen pada saat post processing, makadigunakan jenis quadrilateral map untuk permukaan tube jarak lebih rapat guna mengamatiperubahan properti fluida di daerah dekat tube sedangkan jarak yang agak jauh daripermukaan tube dibuat lebih renggang. Hasil dari pada meshing pada model diperlihatkandalam Gambar .4

.Gambar 4. Model Meshing Silinder Sirkular Tipe Staggered 10 Tube

y

x

2

4

5

1

3 6 D

SL

ST

4D

FlowInlet

Outlet

20D

D =48,5mm

Wall

Symmetry

Symmetry


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-6

Tabel 3. Setting pada Fluent

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik aliran

Karakteristik aliran yang melintasi (cross flow) silinder sirkular ditandai denganadanya titik stagnasi, separasi shear layer, terbentuknya laminar boundary layer padaupstream dan terjadinya turbulent wake secara periodik (periodik vortek).

Gambar 5. Pathlines Susunan Tube Staggered dengan Variasi ReD Untuk ST x SL (2Dx2D)

Gambar 5 memperlihatkan pathlines untuk pengaruh Reynolds Number pada ST x SL

2D x 2D. Berdasarkan visualisasi pathlines pada gambar diatas, dapat dilihat bahwapeningkatan Reynolds Number mengakibatkan titik separasi terjadi lebih awal. Hal ini sesuaidengan yang dikemukakan oleh Liendhard yaitu “Dengan meningkatnya Reynolds number

Settings Identifikasi

Solver 2-D, Unsteady,Pressure based, 2nd-order implicit

Turbulence model k-, SSTPressure-velocitycoupling

SIMPLEC

Pressure 2nd order upwindMomentum 2nd order upwind

Turbulent kinetikenergi

2nd order upwind

Turbulentdissipation rate

2nd order upwind

Specific dissipationrate

2nd order upwind

Konvergensi Energy 10-6

Continuity 10-3

Separasi, θ ≈ 115o-120o



ReD=80

ReD=200

ReD=5000


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-7

(300 Re 3 x 105) titik separasi akan bergerak ke depan. Pada Re sekitar 3 x 105, titikseparasi akan bergerak ke belakang”.

Gambar 6 Pathlines Susunan Tube Staggered Untuk Variasi ST x SL pada ReD 200

Pada Gambar 6 merupakan visualisasi pathlines pada susunan tube staggered denganvariasi ST x SL masing-masing 1,5D x 2D dan 2D x 2D. Pada ST x SL 1,5D x 2D pengaruhtransverse pitch sangat dominan, hal ini dapat dilihat dimana daerah antara tube row pertamaterjadi kenaikan kecepatan dibandingkan dengan ST x SL 2D x 2D, dimana u∞(x) berbandingterbalik dengan P(x). Pada ST 1,5D ∂u/∂x > ∂p/∂x, sedangkan pada ST 2D ∂u/∂x < ∂p/∂x. Halini mengakibatkan aliran pada ST 1,5D mengalami penundaan separasi lebih ke downstream.

Gambar 7 Distribusi Kecepatan Circumferential Terhadap Permukaan Silinder dengan VariasiST x SL pada ReD 200.

Gambar 7 merupakan visualisasi dari distribusi kecepatan pada row pertama dankedua, terlihat kecepatan pada permukaan silinder untuk variasi ST berbeda. Pada ST 1,5Dkecepatan maksimum yang terjadi lebih besar dibandingkan dengan ST 2D yang disebabkanoleh penyempitan celah laluan aliran. Pada gambar 7a kecepatan maksimum untuk ST 1,5Dterjadi pada sudut ≈ 72o, untuk ST 2D kecepatan maksimum pada sudut ≈ 60o.Berdasarkan gambar 4.6a dapat diketahui semakin kecil jarak ST kecepatan maksimumterhadap sudut semakin besar. Gambar 7b merupakan visualisasi dari distribusi kecepatan

-2.0E-40.0E+02.0E-44.0E-46.0E-48.0E-41.0E-31.2E-3

0 30 60 90 120 150 180

Vel

ocity

(m

/s)

θ (deg)

1,5Dx1,5D1,5Dx2D2Dx1,5D2Dx2D

-2.0E-40.0E+02.0E-44.0E-46.0E-48.0E-41.0E-31.2E-3

0 30 60 90 120 150 180

Vel

ocity

(m

/s)

θ (deg)

1,5Dx1,5D1,5Dx2D



2Dx2D

1,5Dx2D

First Row

(b)

Second Row


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-8

pada row Kedua, kecepatan maksimum pada row kedua lebih tinggi dari row pertama karenaadanya efek wake pada bagian downstream silinder row pertama. Pada ST 1,5D kecepatanmaksimum terjadi pada sudut ≈ 27o, setelah mencapai titik maksimum kecepatanmengalami perlambatan hingga mencapai sudut ≈ 60o, pada sudut ≈ 60o – 78o kecepatankonstan dan mengalami penurunan hingga terjadi separasi sudut ≈ 115o. Pada ST 2D,kecepatan maksimum tercapai pada sudut ≈ 40o dan mengalami perlambatan kecepatanhingga terjadi separasi aliran pada permukaan silinder pada sudut ≈ 112o.

Karakteristik Perpindahan Panas

Gambar 8 Kontur Temperatur Susunan Tube Staggered pada ST x SL (1,5D x 1,5D).

Gambar 8 merupakan visualisasi kontur temperatur susunan tube tipe staggereddengan transverse pitch (ST) dan longitudinal pitch 1,5Dx1,5D dengan variasi Reynoldsnumber. Pada gambar dapat dilihat bahwa perpindahan panas yang terjadi pada setiapReynolds number terjadi perberbedaan. Pada ReD 80, kontur temperatur pada row pertamasudah mengalami penurunan temperatur yang cukup signifikan, hal ini dapat dilihat dariwarna kuning kehijauan pada daerah downstream tube row pertama. pada ReD 200, penurunantemperatur pada ReD 200 tidak terlalu signifikan. hal ini dapat dilihat dari kontur temperaturyang terjadi pada masing-masing row. Untuk ReD 5000, perpindahan panas yang terjadi padasetiap row sangat kecil yang ditunjukkan oleh kontur temperatur daerah disekitar dindingsilinder sirkular pada row pertama dan kedua kelihatan berwarna merah yang menandakantemperatur pada silinder tersebut masih tinggi tinggi.

Gambar 9 Kontur Temperatur Susunan Tube Staggered Variasi STxSL pada ReD =

ReD = 80

ReD = 200

ReD = 5000

1,5Dx1,5D

2Dx1,5D

1,5Dx2D

2Dx2D


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-9

Perpindahan panas yang paling efektif dan effisien terlihat pada kontur temperatursusunan tube dengan transverse pitch (ST) 1,5D yang mana kontur temperatur panas pada rowberikutnya semakin berkurang. Distribusi temperatur yang baik akan menaikkan nilai Nusseltnumber. Dari ketiga konfigurasi diatas, susunan tube dengan transverse pitch (ST) 1,5Dmempunyai distribusi temperatur dan convective heat transfer yang lebih baik jikadibandingkan dengan susunan tube dengan transverse pitch (ST) 2D.

Gambar 10 Grafik Distibusi Local Nusselt Number (Nuθ) dengan Variasi ST x SL pada ReD 200.

Nilai Local Nusselt Number (Nuθ) pada titik stagnasi tube row pertama tidakterpengaruh oleh variasi ST dan SL karena pada daerah ini merupakan posisi inlet sehinggapengaruh dari temperatur free stream masih besar yang menyebabkan temperatur silinder padarow pertama masih tinggi, hal ini dapat mempengaruhi distribusi temperatur yang terjadi padarow pertama masing-masing konfigurasi kemudian mempengaruhi distribusi local Nusseltnumber (Nuθ). Untuk daerah downstream terjadi perbedaan distribusi local Nusselt number(Nuθ) dimana nilai Nuθ ST 1,5D lebih besar dibandingkan dengan Nuθ pada ST 2D. Hal inidiakibatkan oleh penundaan separasi pada ST 1,5D, Separasi yang tertunda menyebabkandaerah wake sempit dan daerah yang tidak dilewati aliran akibat turbulensi akan kecil,sehingga koefisien konveksi akan naik, sehingga angka Nusselt juga meningkat.

048

121620242832

0 30 60 90 120 150 180

Nuθ

θ (deg)


048

121620242832

0 30 60 90 120 150 180

Nuθ

θ (deg)


048

121620242832

0 30 60 90 120 150 180

Nuθ

θ (deg)


Second Row

Thrid Row

First Row


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-10

Nilai local Nusselt number pada titik stagnasi row kedua lebih tinggi dibandingkandengan nilai local Nusselt number (Nuθ) row pertama. Hal ini disebabkan oleh aliran yangmengalami percepatan saat melewati celah susunan tube pada row pertama sehinggakecepatan fluida sesaat sebelum menumbuk tube row kedua lebih besar dibandingkan dengankecepatan fluida sesaat sebelum menumbuk tube row pertama, sehingga meningkatkankoefisien perpindahan panas secara konveksi pada titik stagnasi tube row kedua. Untuk nilailocal Nusselt number (Nuθ) row ketiga lebi rendah dari nilai local Nusselt number (Nuθ) rowpertama, hal ini disebabkan oleh perbedaan distribusi heat fluk akibat adanya perbedaantemperatur didinding tube dan temperatur fluida disekitar permukaan tube.

Pada gambar 10 menunjukkan adanya perbedaan nilai local Nusselt number (Nuθ) padatitik staknasi utuk ST 1,5D dan ST 2D. Dimana pada ST 1,5D nilai Nusselt number (Nuθ) padatitik stagnasi lebih besar dibandingkan nilai Nusselt number (Nuθ) pada ST 2D. Hal inidiakibatkan oleh perbedaan kecepatan sesaat setelah melewati celah tube row pertama (Vmax).Dimana Vmax ST 1,5D lebih besar dibandingkan dengan Vmax ST 2D.

Gambar 11. Distribusi Rerata Bilangan Nusselt dengan Variasi ST x SL .

Gambar 11 merupakan visualisai dari distribusi Nusselt number rata-rata untukpermukaan setiap tube dengan jarak transverse pitch (ST) dan longitudianl pitch (SL) yangberbeda-beda. Pada gambar 4.13 dapat diketahui bahwa nilai Nusselt number rata-ratatertinggi untuk ReD = 200 terjadi pada row kedua, sedangkan pada row ketiga dan keempatmengalami penurunan dimana nilai Nusselt rata-ratanya lebih rendah dari row pertama,sedangkan pada ReD = 5000 terjadi peningkatan nilai Nusselt rata-rata pada masing-masingrow.

0

4

8

12

16

1 2 3 4

Nu a

ve

Baris Tube

ReD = 2001,5D x 1,5D2D x 2D

012243648607284

1 2 3 4

Nu a

ve

Baris Tube

ReD = 5000

1,5D x 1,5D

2D x 2D


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-11

Gambar 12. Nusselt Number rata-rata untuks Susunan Tube Tipe Staggered 2D x 2D

Gambar 12 merupakan visualisasi Nusselt Number rata-rata terhadap ReynoldsNumber untuk ST x SL 2D x 2D. Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa hasil simulasi sudahmendekati dengan hasil perhitungan berdasarkan persamaan empiris grimisom danzhukauskas.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut:1. Pada aliran yang melintasi silinder sirkular dengan susunan tube tipe staggered,

transverse pitch dapat mempengaruhi kecepatan maksimum aliran fluida yang melintasitube bank yang berdampak pada bilangan Reynolds maksimum.

2. Pola aliran pada variasi transverse pitch, nilai kecepatan maksimum yang tertinggi yangmengalir melewati permukaan tube terdapat pada transverse pitch 1,5D dan kecepatanmaksimum dengan nilai terendah terdapat pada transverse pitch 2D.

3. Variasi dari jarak transverse pitch mempengaruhi karakteristik perpindahan panas padapermukaan tube. Semakin besar jarak transverse pitch menyebabkan koefisienperpindahan panas konveksi pada permukaan tube semakin kecil yang mengakibatkanbilangan Nusselt-nya kecil.

4. Bilangan Nusselt terbesar terdapat pada titik stagnasi. Karena fluida pada upstreammengalami akselerasi aliran dengan favorable pressure gradien yang kecil dari nol yangtidak membuat partikel aliran fluida berhenti karena tekanan menurun dalam arah aliran.Sehingga membuat gradien temperatur antara silinder dan fluida kerja semakin curamsehingga meningkatkan bilangan Nusselt.

Untuk memperbaiki hasil penelitian ini, maka sarannya adalah:1. Perlu dilakukan studi numerik pada tube bank dengan berbagai pemodelan turbulen

untuk dapat dijadikan sebagai pembanding.2. Perlu dilakukan studi numerik dengan variasi ST dan SL yang lebih besar dan Reynolds

number yang lebih besar untuk mendapatkan hasil yang paling optimal.

DAFTAR PUSTAKA

Bejan, A. Kraus, A.D. (2003), Heat Transfer Hand Book, Jhon Wiley and Son, Inc.

Buyruk, E. (1999), “Heat Transfer and Flow Structures Around Circular Cylinder in Cross-Flow”, Internatioanal Journal of Engineering and Environmental Science, Vol. 23, hal.299 - 315.

0102030405060708090

80 200 500 1250 3125N

u ave

ReD

5000

EmpericalGrimisomEmpericalZhukauskasPresentStudy


ISBN : 978-602-97491-9-9A-35-12

Buyruk, E. (2002), “Numerical Study of Heat Transfer Characteristics On Tandem Cylinders,Inline and Staggered Tube Banks in Cross-Flow of Air”, Int. Comm. Heat massTransfer, Vol. 29, No. 3, pp. 355 – 366.

Incropera, P.F. Dewit,P.D. Bergam, L.T. Lavine, S.A. (2011), Fundamentals Of Heat andMass Transfer, 7th edition, Jhon Wiley and Son, Inc.

Khan, W. A., Culham, J. R., Yovanovich, M. M. (2006), “Convection Heat Transfer fromTube Banks in Crossflow”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 46,hal. 4831-4838.

Lienhard, John H. (2003), A Heat Transfer Textbook, Phlogiston Press.

Mahir, N. Altac, Z. (2008), “Numerical Investigation of Convective Heat Transfer inUnsteady Flow Past Two Cylinders in Tandem Arrangements”, Internatioanal Journalof Heat and Fluid Flow, Vol. 29, hal. 1309 - 1318.

Mehrabian, M. A. (2007), “Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of Cross Flow of AirOver a Circular Tube in Isolation and/or in a Tube Bank”, The Arabian Journal forScience and Engineering, Vol. 32, Number 2B.

Rahman,M.M., Karim,M.M., Alim,M.A. (2007), “Numerical Investigation of Unsteady Flow PastACircular Cylinder Using 2-D Finite Volume Method”, Journal of Naval Architecture andmarine Engineering.

Sanijai S., Goldstein R.J. (2004), “Forced convection heat transfer from a circular cylinder incrossflow to air and liquids”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 47,hal. 4795–4805.

Scholten, J.W. Murray, D.B. (1998), “Heat Transfer and Velocity Fluctuations in a StaggeredTube Array”, Internatioanal Journal of Heat and Fluid Flow,Vol. 19, hal. 233 - 244.

Szczepanik, K. Ooi, A. Aye, L. Rosengarten, G. (2004), “A Numerical Study of HeatTransfer from a Cylinder in Cross Flow”, Australasian Fluid Mechanics ConferenceThe University of Sydney, Sydney, Australia.

Tahseen, T. A., Ishak, M., Rahman, M. M. (2011), A Numerical Study of Forced ConvectionHeat Transfer for Staggered Tube Banks in Cross-Flow”, Internasional Confrerence inMechanical Engineering Research.

Tuakia, F. (2008), Dasar - dasar CFD Menggunakan FLUENT , Informantika Bandung .

Zukauskas, A. Ziugzda J. (1985), Heat Transfer Of a Cylinder in Crossflow. HemispheredPublishing Corporation.

STUDI NUMERIK PENGARUH TRANVERSE DAN PITCH …mmt.its.ac.id/download/SEMNAS/SEMNAS XX/MI NEW/35....

Documents

Transcript of STUDI NUMERIK PENGARUH TRANVERSE DAN PITCH …mmt.its.ac.id/download/SEMNAS/SEMNAS XX/MI NEW/35....