Analisis Numerik Pengaruh Pitch Ratio Longitudinal (SL/2a) dan Transversal (ST/2b) 1, 1.25, dan 1.5 terhadap Karakteristik Aliran Fluida dan Perpindahan Panas melintasi Staggered Elliptical Tube Banks

Abstract

Abstrak— Peningkatan performa alat penukar kalor pada sisi eksternal telah banyak diteliti, salah satunya adalah memodifikasi bentuk tube dari silinder sirkular menjadi silinder ellips. Perubahan bentuk geometri dapat meningkatkan perpindahan panas sisi eksternal karena silinder ellips adalah salah satu bentuk dari streamlined body dua dimensi. Titik separasi yang tertunda pada ellips mengakibatkan pada berkurangnya gaya drag yang dimiliki body dibandingkan dengan silinder sirkular. Penelitian dilakukan dengan menganalisis karakteristik aliran fluida pada sisi eksternal elliptical tube bank yang tersusun secara staggered dengan perbandingan ratio sebesar 1:3. Fluida kerja berupa udara berkecepatan konstan sebesar 4 m/s dimodelkan sebagai gas ideal yang mengalir pada sisi eksternal dengan kondisi temperatur sebesar 308 K dan heat flux pada  tube sebesar 2000 W/m2. Studi numerik dilakukan secara 2 dimensi dengan kondisi aliran steady dengan menggunakan perangkat lunak Computational Fluid Dynamic CFD. Model turbulensi yang digunakan adalah Renormalization Group (RNG) k-ε. Hasil studi bertujuan untuk mengetahui fenomena aliran dan perpindahan panas pada elliptical tube banks, ditinjau secara kualitatif menggunakan visualisasi kontur temperatur dan kecepatan, serta secara kuantitatif dengan menganalisa grafik kecepatan lokal dan Nusselt number. Dari analisis numerik ini diperoleh hasil variasi P_Ldan P_Takan mempengaruhi nilai koefisien heat transfer, temperatur, dan kecepatan dari setiap model A, B, C, D, E, F, G, H dan I. Peningkatan nilai rata-rata kecepatan lokal kontur yang dihasilkan untuk tube banks dibandingkan dengan model A yang memiliki nilai V_avg = 3.361 m/s. Peningkatan kecepatan model B adalah sebesar 14.38 %, C = 37.67%, D = 5.21%, E = 16.24%, F = 38.78 %, G = 7.75%, H = 19.25% dan model I sebesar 42.61%. Peningkatan nilai rata-rata Nusselt lokal dimana model A memiliki nilai Nu_avg = 95.8292.  Peningkatan Nusselt model B adalah sebesar 7.29 %, C = 16.03%, E =4.67%, F = 15.35 %, G = 0.44%, H = 4.63% dan model I sebesar 16.91%. Pada model D terjadi penurunan nilai Nusselt lokal senbesar 0.24%. Penurunan tekanan (ΔP) terjadi pada semua model, Model A memiliki ΔP sebesar 12.88 Pa, B = 18.41 Pa, C=36.35 Pa, E= 17.97 Pa, F= 36.18 Pa, G =14.97, H = 19.62 Pa, I = 36.54 Pa. Penurunan ΔP terjadi pada model D yang memiliki ΔP sebesar 12.79 Pa dibandingkan dengan model A. Model I dengan P_L = 1 dan P_T = 1 memiliki nilai Coefficient heat transfer ,kecepatan lokal dan pressure drop yang paling tinggi dibandingkan model variasi lainnya.