Kontur Kecepatan Aliran - ANALISA HASIL SIMULASI

ANALISA HASIL SIMULASI

4.3 Kontur Kecepatan Aliran

Penelitian ini menggunakan kontur dari vektor kecepatan aliran fluida untuk menginvestigasi fenomena aliran fluida yang terbentuk serta korelasinya dengan performa perpindahan kalor.

Gambar 4.4 sampai dengan Gambar 4.23 menunjukkan vektor kecepatan aliran semua simulasi dari bilangan Reynolds 500 sampai dengan 900 dengan skala vektor kecepatan ditunjukkan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Skala Kontur Kecepatan Aliran pada FTHE.

Gambar 4.4 Kontur Kecepatan Plain FTHE pada Re 500.

Gambar 4.5 Kontur Kecepatan Plain FTHE pada Re 600.

Gambar 4.6 Kontur Kecepatan Plain FTHE pada Re 700.

Gambar 4.7 Kontur Kecepatan Plain FTHE pada Re 800.

Gambar 4.8 Kontur Kecepatan Plain FTHE pada Re 900.

Gambar 4.9 Kontur Kecepatan DWVG15 FTHE pada Re 500.

Gambar 4.10 Kontur Kecepatan DWVG15 FTHE pada Re 600.

Gambar 4.11 Kontur Kecepatan DWVG15 FTHE pada Re 700.

Gambar 4.12 Kontur Kecepatan DWVG15 FTHE pada Re 800.

Gambar 4.13 Kontur Kecepatan DWVG15 FTHE pada Re 900.

Gambar 4.14 Kontur Kecepatan DWVG20 FTHE pada Re 500.

Gambar 4.15 Kontur Kecepatan DWVG20 FTHE pada Re 600.

Gambar 4.16 Kontur Kecepatan DWVG20 FTHE pada Re 700.

Gambar 4.17 Kontur Kecepatan DWVG20 FTHE pada Re 800.

Gambar 4.18 Kontur Kecepatan DWVG20 FTHE pada Re 900.

Gambar 4.19 Kontur Kecepatan DWVG25 FTHE pada Re 500.

Gambar 4.20 Kontur Kecepatan DWVG25 FTHE pada Re 600.

Gambar 4.21 Kontur Kecepatan DWVG25 FTHE pada Re 700.

Gambar 4.22 Kontur Kecepatan DWVG25 FTHE pada Re 800.

Gambar 4.23 Kontur Kecepatan DWVG25 FTHE pada Re 900.

Dari semua simulasi menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kecepatan seiring bertambahnya nilai bilangan Reynolds. Hal ini sesuai dengan rumusnya, yakni gaya inersia dibagi dengan gaya viskos. Dimana kecepatan fluida adalah komponen pembentuk gaya inersia. Wake region terbentuk di setiap belakang tube. Besarnya wake region berbeda-beda, tergantung bilangan Reynolds dan angel of attack dari vortex generator. Vortex generator berperan untuk membuat

pusaran-pusaran yang mengganggu terbentuknya wake region dibelakang tube [Awais dan Bhuiyan,2019].

Pada plain FTHE dapat kita lihat bahwa kecepatan aliran fluida terganggu oleh adanya tube saja. Yang mengakibatkan terjadinya keseragaman kecepatan di bagian sisi kanan dan sisi kiri saluran serta terjadi wake region yang besar di belakang tube. Dampak positifnya adalah nilai pressure drop menjadi kecil disebabkan aliran fluida sangat cepat melewati saluran. Akan tetapi dampak negatifnya adalah nilai perpindahan panasnya menjadi rendah karena wake region yang besar dibelakang tube. Pada DWVG25 FTHE penggunaan vortex generator dengan angel of attack 25 membuat kecepatan fluida di akhir saluran semakin meningkat dibandingkan di awal saluran. Hal ini terjadi karena aliran fluida dibelokkan lebih tajam menuju ke inti aliran di belakang tube. Terjadi penyempitan saluran antara vortex generator dengan dinding tube. Penyempitan tersebut mengakibatkan kecepatan aliran bertambah kemudian terbentuk pusaran yang mengikis wake region. Dengan kata lain terjadi hambatan di bagian belakang tube sehingga kecepatan menurun, tetapi kecepatan bertambah lagi setelah fluida melewati celah antara vortex generator dengan dinding tube berikutnya. Hal ini terjadi sampai akhir saluran.

33 4.4 Kontur Distribusi Temperatur

Penelitian ini menggunakan kontur distribusi temperatur aliran fluida untuk menginvestigasi performa perpindahan kalor. Pada bagian ini membahas efek bilangan Reynolds dan pengaruh perubahan geometri FTHE terhadap distribusi temperatur menggunakan variasi attack angel vortex generator.

Gambar 4.24 Skala Kontur Temperatur pada FTHE.

Gambar 4.25 Kontur Distribusi Temperatur Plain FTHE pada Re 500.

Gambar 4.26 Kontur Distribusi Temperatur Plain FTHE pada Re 600.

Gambar 4.27 Kontur Distribusi Temperatur Plain FTHE pada Re 700.

Gambar 4.28 Kontur Distribusi Temperatur Plain FTHE pada Re 800.

Gambar 4.29 Kontur Distribusi Temperatur Plain FTHE pada Re 900.

Distribusi kontur temperatur simulasi FTHE Plain ditunjukkan pada Gambar 4.25 sampai dengan Gambar 4.29 pada bilangan Reynolds 500 sampai dengan 900. Terjadi perubahan gradien temperatur di setiap peningkatan bilangan Reynolds. Kecepatan fluida akibat peningkatan bilangan Reynolds mampu menggerakkan aliran menuju ke inti aliran. Akibatnya ukuran wake region menjadi berkurang dan pencampuran fluida menjadi meningkat.

Gambar 4.30 Kontur Distribusi Temperatur DWVG15 FTHE pada Re 500.

Gambar 4.31 Kontur Distribusi Temperatur DWVG15 FTHE pada Re 600.

Gambar 4.32 Kontur Distribusi Temperatur DWVG15 FTHE pada Re 700.

Gambar 4.33 Kontur Distribusi Temperatur DWVG15 FTHE pada Re 800.

Gambar 4.34 Kontur Distribusi Temperatur DWVG15 FTHE pada Re 900.

Gambar 4.35 Kontur Distribusi Temperatur DWVG20 FTHE pada Re 500.

Gambar 4.36 Kontur Distribusi Temperatur DWVG20 FTHE pada Re 600.

Gambar 4.37 Kontur Distribusi Temperatur DWVG20 FTHE pada Re 700.

Gambar 4.38 Kontur Distribusi Temperatur DWVG20 FTHE pada Re 800.

Gambar 4.39 Kontur Distribusi Temperatur DWVG20 FTHE pada Re 900.

Gambar 4.40 Kontur Distribusi Temperatur DWVG25 FTHE pada Re 500.

Gambar 4.41 Kontur Distribusi Temperatur DWVG25 FTHE pada Re 600.

Gambar 4.42 Kontur Distribusi Temperatur DWVG25 FTHE pada Re 700.

Gambar 4.43 Kontur Distribusi Temperatur DWVG25 FTHE pada Re 800.

Gambar 4.44 Kontur Distribusi Temperatur DWVG25 FTHE pada Re 900.

Gambar 4.30 sampai dengan Gambar 4.34 adalah distribusi temperatur simulasi dengan angel of attack 15. Pada gambar tersebut dapat kita lihat ukuran wake region di belakang tube pertama dan ke dua terjadi perubahan yang signifikan Pencampuran fluida terjadi semakin merata akibat penambahan delta winglet yang dipasang dengan angel of attack 15. Aliran fluida dibelokkan menuju ke inti aliran di belakang tube oleh DWVG. Akibatnya timbul pusaran aliran (longitudinal vortices) dengan cara memotong thermal boundary layer yang terbentuk di sepanjang dinding dan memindahkan panas dari dinding ke pusat aliran [S. Ferrouillat et al. ,2006]. Gradien temperatur yang paling merata ditunjukkan pada simulasi DWVG25. Hal ini berdasarkan ukuran wake region di belakang tube. Dapat kita lihat bahwa DWVG25 memiliki hasil yang paling merata.

Perbandingan Kontur Temperatur pada bilangan Re900

Gambar 4.45 Kontur Distribusi Temperatur Plain FTHE pada Re 900.

Gambar 4.46 Kontur Distribusi Temperatur DWVG15FTHE pada Re 900.

Gambar 4.47 Kontur Distribusi Temperatur DWVG20 FTHE pada Re 900.

Gambar 4.48 Kontur Distribusi Temperatur DWVG25 FTHE pada Re 900.

Gambar 4.45 sampai dengan Gambar 4.47 menunjukkan kontur distribusi temperature dari plain FTHE, DWVG15 FTHE, DWVG20 FTHE, dan DWVG25 FTHE menggunakan bilangan Re 900. Pada bilangan Re 900, kita lihat bahwa terjadi penurunan temperatur fluida setelah melewati FTHE. Penurunan

temperatur setiap kasus memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Penurunan yang signifikan terjadi pada FTHE yang menggunakan vortex generator dibandingkan dengan plain FTHE. Pada Gambar 4.45, suhu fluida belum memiliki suhu yang sama dengan FTHE saat fluida meninggalkan FTHE diakibatkan adanya ukuran wake region yang besar yang berarti bahwa perpindahan kalor FTHE tersebut rendah [Li et al,14]. Berbeda dengan yang ditunjukkan oleh Gambar 4.46 sampai dengan Gambar 4.48, temperatur fluida pada tube ke-6 berada satu grade skala distribusi temperatur saat meninggalkan FTHE. Hal ini terjadi karena ukuran wake region di belakang tube mengecil akibat longitudinal vortices yang ditimbulkan oleh vortex generator. Longitudinal vortices yang paling kuat dihasilkan oleh DWVG25. Hal ini terjadi karena aliran fluida yang diinduksi oleh DWVG25 lebih mengarah ke inti aliran, sehingga wake ragion di belakang tube mengecil. Akibatnya pencampuran fluida menjadi lebih merata. Pada DWVG25 kita lihat suhu fluida saat melewati tube ke-5 sudah mendekati suhu FTHE, hal tersebut menandakan bahwa nilai perpindahan kalornya lebih tinggi dibandingkan plain ,DWVG20, dan DWVG15 FTHE.

40 BAB V KESIMPULAN

Pada penelitian ini telah dilakukan simulasi perpindahan kalor dan aliran fluida pada plain FTHE menggunakan variasi attack angel vortex generator. Dari simulasi yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai beikut:

1. Pada penelitian ini bilangan Nusselt dipilih untuk menyatakan performa perpindahan kalor. Penelitian ini menunjukkan performa perpindahan kalor yang berbeda – beda. Performa perpindahan kalor yang paling tinggi didapatkan dari penggunaan DWVG25 FTHE kemudian diikuti dengan DWDG20 FTHE, dan yang paling rendah adalah DWVG15 FTHE. Peningkatan performa perpindahan kalor FTHE pada variasi attack angel dari yang tertinggi hinga yang paling rendah secara berturut – turut adalah 78,63%, 66,07%, dan 50,61%.

2. Untuk peningkatan pressure drop yang paling rendah didapatkan dengan DWVG15 FTHE, diikuti dengan DWVG20 FTHE, dan yang tertinggi adalah DWVG25 FTHE. Penggunaan angel of attack 15 mampu mengurangi wake region dan meningkatkan pencampuran fluida dengan hambatan aliran yang paling rendah dibanding variasi attack angel yang lain. Besarnya peningkatan pressure drop dari nilai terkecil sampai terbesar adalah 71,63%, 96,71%, dan 132,59%

3. Investigasi karakteristik perpindahan kalor pada aliran fluida kerja dengan parameter kontur kecepatan aliran fluida kerja yang dihasilkan dalam simulasi, menunjukkan bahwa longitudinal vortices yang paling kuat dihasilkan oleh DWVG25 FTHE, diikuti oleh DWVG20 FTHE, dan yang paling lemah DWVG15 FTHE.

4. Hasil investigasi karakteristik perpindahan kalor pada aliran fluida kerja dengan parameter kontur distribusi temperatur pada simulasi ini, menunjukkan bahwa perpindahan kalor yang paling tinggi adalah DWVG25 FTHE , diikuti oleh DWVG20 FTHE dan DWVG15 FTHE.

Dalam dokumen PENGARUH KONFIGURASI DESIGN DELTA WINGLET VORTEX GENERATOR TERHADAP PERFORMA PERPINDAHAN PANAS MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (Halaman 38-52)