Tugas Besar Perpindahan Panas IIDosen: Dr. Ir. Nazarudin Sinaga, M.T.Nama : Amirur RozakNIM:21050111140133 Kelas : D1. Soal

a. Hitunglah distribusi temperature aliran parallel dan counter flow 3 dimensi pada plate fin heat exchangers dengan sudut fins 300 yang tegak lurus dengan arah aliran!

2. AsumsiPengujian dilakukan berdasarkan asumsi asumsi berikut: Daerah aliran diasumsikan 3 dimensi, steady state dan laminar untuk flat channel. Perhitungan dilakukan pada fluida incompressible. Flat channel menggunakan material Aluminum dengan thermal conductivity sebesar 202.4 W/m.K. Ada kontak termal sempurna antara fins dengan permukaan alasnya. Udara digunakan sebagai fluida yang bekerja di atas dan bawah dari duct. Thermal properties dari fluida dianggap konstan. Tidak ada pembangkitan panas yang terjadi antara daerah fluids dan solid flat channel.

3. Modela. Gambar 2 dimensi Plate heat exchanger dengan sudut fins 300Gambar 1.1 Tampak depan dari plate heat exchanger dengan sudut fins 300.

Gambar 1.2 Tampak samping dari plate heat exchanger dengan sudut fins 300.

Gambar 1.3 Tampak isometric dari plate heat exchanger dengan sudut fins 300.

b. Gambar 3 dimensi

Gambar 1.3 Tampak 3 dimensi dari plate heat exchanger dengan sudut fins 300.

c. Variabel model Variabel model yang digunakan pada analisis ini adalah sebagai berikut: GeometriJumlah fins : 12 b: 20 mme: 4 mmp : 3 mmOffset : 10 mm: 300 , 600

Udara dingin Temperature (T) : 300 KKecepatan aliran (Vc): 1.338 m/s

Udara PanasTemperature (T): 600 KKecepatan aliran (Vh): 0.69 m/s Gambar 1.4 Perspective views dari model dari flat channels (a) paralel flow (b) counter flow.

Gambar 1.5 Computational model dari flat channels dengan 300 and 600 fin angle dengan parallel flow arrangement a) = 300, b= 20 mm, e= 4 mm, b) = 600, b= 20 mm, e= 4 mm

4. Analisisa. Boundary conditionAnalisa pada kasus ini digunakan kondisi batas sebagai berikut: Menggunakan prinsip konservasi massa, momentum, dan energy pada kondisi steady state. Menggunakan finite volume method ( ansys fluent 14.5 program ). Menggunakan fine grid method dengan struktur quadrilateral dan size on proximity dan curvature untuk ukurannya. Menggunakan energy equation dan standard k turbulence untuk aliran turbulen saat melewati fins. Nilai konstanta C =0.09, C1 = 1.44, C2 = 1.92, k = 1 dan = 1.3. Konvergensi perhitungan saat residu kotinuitas dan momentumnya sebesar < 10-4 dan residu energy nya < 10-7

b. Prosedur analisa

Gambar 1.6 Flow chart proses analisa.

c. Import model, meshing, dan perhitungan Pada tahapan import model berikut gambarnya:

Gambar 1.7 Import model

Tahapan meshingPada tahapan ini dengan fine grids terbentuk :Nodes : 1074353Element : 1032320Gambar 1.8 Meshing

Tahapan perhitunganPada fluent berikut gambar proses perhitungannya dilakukan dengan iterasi sebesar 50 untuk setiap kasus.

Gambar 1.9 Proses iterasi dan perhitungand. Hasil perhitungan Parallel flowGambar 1.10 Hot Fluids dengan fins 300parallel flowGambar 1.11 Cold Fluids dengan fins 300 parallel flow

Gambar 1.12 Vektor velocity aliran parallel fluida dengan fins 300 Counter flowGambar 1.13 Hot fluids dengan fins 300 Counter flow

Gambar 1.14 Cold fluids dengan fins 300 Counter flowGambar 1.15 Vektor velocity aliran fluida counter dengan fins 300

5. ValidasiPada proses validasi hasil analisa yang dilakukan dibandingkan dengan hasil analisa yang ada di jurnal. Pada jurnal perhitungan dilakukan dengan jumlah grids elemen sebesar 25.000 cell pada daerah solid yaitu flat channel dan 75.000 cell pada daerah fluids. Sedangkan pada analisa yang telah dilakukan dengan variasi size on proximity dan curvature terbentuk nodes dan elements sebesar 1.074.353 dan 1.032.320. Setelah dibandingkan hasil dari keduanya menunjukan bahwa jumlah grids yang dipakai dan bentuk berpengaruh pada tingkat ketelitian dari persebaran dari data temperature. Dengan jumlah grid yang lebih banyak akan mengakibatkan nilainya lebih presisi karena semakin rapatnya daerah meshing yang akan dilakukan proses perhitungan. Tetapi ada fenomena yang terjadi apabila jumlah grids lebih banyak seperti yang ditunjukan gambar 1.9 proses iterasi menunjukan bahwa semakin banyak jumlah grid maka semakin banyak pula iterasi yang harus dilakukan untuk mencapai nilai konvergen. Pada perhitungan yang telah dilakukan nilai konvergen terjadi pada rentang iterasi diantara nilai ke 70 sampai 90. Hal ini terjadi saat saya melakukan perhitungan dengan ietrasi sampai 100. Selain itu dengan banyaknya jumlah grids akan mengakibatkan semakin banyak iterasi yang dilakukan maka mengakibatkan nilai residu yang dihasilkan semakin kecil untuk semua parameter kecepatan.Dalam perhitungan ini juga terjadi perbedaan persebaran warna distribusi temperature antara jurnal dan perhitungan yang telah dilakukan. Hal ini terjadi dikarenakan pada perhitungan jurnal komponen aluminium dianggap mentransfer panas dengan sempurna. Maka pada bagian wall aluminium temperature dianggap konstan sehingga wall aluminium pada bagian hot fluids temperaturenya senilai dengan cold fluids yaitu 300 K dan wall aluminium pada cold fluids temperature nya konstan senilai dengan hot fluids 600 K. Pada perhitungan yang saya lakukan pada boundary condition semua wall dianggap menerima heat flux sehingga temperature aluminiumnya tidak konstan.

(a) (b)Gambar 1.16 Perbandingan hasil antara jurnal dan perhitungan yang dilakukan pada aliran parallel. (a) perhitungan yang dilakukan ; (b) jurnal