BAB IV ANALISA HASIL SIMULASI
4.6 Kontur Distribusi Temperatur
4.6.2 Kontur Distribusi Temperatur pada Penggunaan
Meningkatnya bilangan Reynolds pada penggunaan RWPs vortex generator dapat meningkatkan performa perpindahan kalor. Peningkatkan performa ditunjukkan pada Gambar 4.48 sampai dengan Gambar 4.52 yang menunjukkan terjadinya peningkatan gradien temperatur dengan meningkatnya bilangan Reynolds. Performa perpindahan kalor yang tinggi ditunjukkan dengan fluida kerja yang telah memiliki temperatur yang sama dengan temperatur FTHE saat mengalir melalui tube keenam pada setiap variasi bilangan Reynolds. Hal itu
terjadi karena tingginya flow resistance yang diakibatkan oleh penggunaan RWPs vortex generator [Zhou dan Ye, 2012].
Penggunaan RWPs vortex generator mampu menghasilkan longitudinal vortices yang paling kuat. Dengan penggunaan bilangan Reynolds yang semakin tinggi, maka longitudinal vortices yang terbentuk menjadi semakin kuat. Semakin kuat longitudinal vortices yang terbentuk, maka semakin tinggi pencampuran aliran fluida. Longitudinal vortices memiliki vektor kecepatan yang arahnya tegak lurus dengan arah aliran utama, sehingga dapat menggerakan fluida di daerah aliran utama menuju ke daerah wake dan dari daerah wake ke daerah aliran utama [He et al., 2012]. Dengan longitudinal vortices yang semakin kuat, maka semakin tinggi gradien temperatur yang didapatkan. Seperti dapat dilihat pada Gambar 4.48 sampai dengan Gambar 4.52 terjadi perpindahan kalor yang semakin merata pada wake region dari tube pertama sampai dengan tube ketiga.
Gambar 4.387 Skala kontur temperatur pada penggunaan RWPs.
Gambar 4.398 Kontur distribusi temperatur penggunaan RWPs pada Re 500.
Gambar 4.410 Kontur distribusi temperatur penggunaan RWPs pada Re 700.
Gambar 4.421 Kontur distribusi temperatur penggunaan RWPs pada Re 800.
Gambar 4.432 Kontur distribusi temperatur penggunaan RWPs pada Re 900.
4.6.3 Kontur distribusi temperatur pada penggunaan DWPs
Gambar 4.54 sampai dengan Gambar 4.58 menunjukkan kontur distribusi temperatur pada penggunaan DWPs vortex generator menggunakan variasi bilangan Reynolds. Pada Gambar 4.54 sampai dengan Gambar 4.58 terlihat gradien temperatur yang semakin merata dengan meningkatnya bilangan Reynolds. Hal itu mengindikasikan bahwa penggunaan DWPs vortex generator mampu menghasilkan longitudinal vorices yang semakin kuat seiring dengan meningkatnya bilangan Reynolds [He et al., 2012].
Peningkatan gradien temperatur sangat jelas terlihat pada wake region dari tube pertama sampai dengan ketiga seiring dengan meningkatnya bilangan Reynolds. Hal itu dapat terjadi akibat peningkatan kecepatan aliran fluida yang disebabkan oeh penyempitan penampang aliran fluida saat fluida mengalir diantara tube dan DWPs vortex generator. Peningkatan kecepatan tersebut dapat menunda separasi aliran sehingga ukuran wake di daerah belakang tube
berkurang [Torii et al., 2002]. Selain mengurangi ukuran wake region, penggunaan DWPs vortex generator mampu mengarahkan aliran fluida dari aliran utama menuju ke arah dinding tube seingga terjadi peningkatan perpindahan kalor pada daerah sekitar tube [Li et al., 2014]. Penggunaan DWPs menghasilkan gradien temperatur yang lebih merata saat menggunakan bilangan Reynolds 900. Walaupun memiliki gradien temperatur yang lebih merata, aliran fluida dapat meninggalkan FTHE dengan temperatur yang sama dengan temperatur FTHE. Gradien temperatur yang lebih merata diakibatkan oleh flow resistance yang relatif kecil dari penggunaan DWPs vortex generator. Flow resistance yang relatif kecil dibuktikan dengan nilai pressure drop yang didapatkan dari penggunaan DWPs vortex generator.
Gambar 4.443 Skala kontur temperatur pada penggunaan DWPs.
Gambar 4.454 Kontur distribusi temperatur penggunaan DWPs pada Re 500.
Gambar 4.476 Kontur distribusi temperatur penggunaan DWPs pada Re 700.
Gambar 4.487 Kontur distribusi temperatur penggunaan DWPs pada Re 800.
Gambar 4.498 Kontur distribusi temperatur penggunaan DWPs pada Re 900.
4.6.4 Kontur distribusi temperatur pada penggunaan CWPs
Distribusi temperatur pada variasi bilangan Reynolds menggunakan CWPs vortex generator ditunjukkan oleh Gambar 4.60 sampai dengan Gambar 4.64. Melihat penggunaan CWPs vortex generator pada tube pertama dan kedua, CWPs vortex generator dapat mengarahkan aliran fluida menuju ke wake region sehingga terbentuk gradien temperatur yang tinggi pada wake region. Pada bilangan Reynolds 900, wake region dari tube kedua memiliki gradien temperatur yang lebih tinggi dan memiliki ukuran wake region yang lebih kecil daripada tube pertama. Hal itu menunjukkan penggabungan dari RWPs dan DWPs vortex generator menjadi CWPs vortex generator mampu memberikan performa perpindahan kalor yang paling kuat pada bagian yang menggunakan RWPs sekaligus memberikan performa perpindahan kalor yang tinggi dengan pressure
drop yang relatif rendah dari penggunaan DWPs vortex generator [Saha et al., 2014, Zhou dan Ye, 2012].
Gambar 4.5950 Skala kontur temperatur pada penggunaan CWPs.
Gambar 4.510 Kontur distribusi temperatur penggunaan CWPs pada Re 500.
Gambar 4.521 Kontur distribusi temperatur penggunaan CWPs pada Re 600.
Gambar 4.532 Kontur distribusi temperatur penggunaan CWPs pada Re 700.
Gambar 4.554 Kontur distribusi temperatur penggunaan CWPs pada Re 900.
4.6.5 Kontur distribusi temperatur pada penggunaan TWPs
Vortex generator jenis TWPs merupakan hasil dari penggabungan geometri RWPs dan DWPs vortex generator. Pada Gambar 4.66 sampai dengan Gambar 4.70 ditunjukkan gradien temperatur penggunaan TWPs vortex generator pada bilangan Reynolds 500 sampai dengan bilangan Reynolda 900. Gambar 4.66 sampai dengan Gambar 4.70 menunjukkan gradien temperatur meningkat dengan meningkatnya bilangan Reynolds. Pada bilangan Reynolds 500 dan 600, temperatur fluida kerja telah menjadi sama dengan temperatur FTHE saat melewati tube kelima, sedangkan pada bilangan Reynolds 700 sampai dengan 900, temperatur fluida kerja menjadi sama dengan temperatur FTHE saat melewati tube ke enam. Temperatur fluida kerja dapat menjadi sama dengan temperatur FTHE sebelum melewati bagian outlet dikarenakan TWPs vortex generator mampu menghasilkan longitudinal vortices yang cukup kuat dengan flow resistance yang relatif rendah sehingga dapat meningkatkan kualitas pencampuran fluida kerja [Zhou dan Ye, 2012]. Dengan longitudinal vortices yang cukup kuat dan flow resistance yang relatif rendah, maka terjadi perpindahan aliran dari wake region menuju ke daerah aliran utama dan dari aliran utama ke wake region. Oleh karena itu, penggunaan TWPs vortex generator memiliki gradien temperatur yang tinggi sekaligus memiliki distribusi temperatur yang lebih merata sampai dengan tube keempat atau kelima.
Pada penggunaan TWPs vortex generator, peningkatan gradien temperatur terjadi seiring dengan meningkatnya bilangan Reynolds. Peningkatan gradien temperatur terjadi akibat wake region mengalami penyempitan ukuran saat bilangan Reynolds ditingkatkan. Penyempitan tersebut terjadi akibat fluida kerja mengalir dengan kecepatan yang semakin tinggi saat bilangan ditingkatkan.
Dengan meningkatnya kecepaan aliran fluida, maka fluida kerja mengalami penundaan separasi aliran yang lebih lama [He dan Zhang, 2012]. Fluida kerja yang mengalir dengan kecepatan tinggi memiliki nilai momentum yang besar. Semakin besar nilai momentum yang dimiliki oleh fluida kerja, maka semakin kuat longitudinal vortices yang dihasilkan oleh TWPs vortex generator [He et al.,2012].
Gambar 4.565 Skala kontur temperatur pada penggunaan TWPs.
Gambar 4.576 Kontur distribusi temperatur penggunaan TWPs pada Re 500.
Gambar 4.587 Kontur distribusi temperatur penggunaan TWPs pada Re 600.
Gambar 4.69 Kontur distribusi temperatur penggunaan TWPs pada Re 800.
Gambar 4.600 Kontur distribusi temperatur penggunaan TWPs pada Re 900.
4.6.6 Perbandingan Kontur Distribusi Temperatur pada Variasi Vortex