Pengujian karakteristik aliran fasa tunggal  aliran air vertikal ke atas pada penukar kalor saluran rektangular bercelah sempit

Khusaeni, Ahmad

Abstrak Penelitian ini dilakukan untuk menguji karakteristik aliran fasa tunggal aliran air vertikal ke atas dengan dan tanpa pertukaran kalor pada penukar kalor saluran rektangular bercelah sempit. Seksi uji adalah sebuah penukar kalor pipa konsentrik. Pipa dalam terbuat dari aluminium dengan panjang sisi dalam dan sisi luar adalah 17,4 mm dan 18,4 mm. Pipa luar terbuat dari aluminium dengan panjang sisi dalam dan sisi luar adalah 23,68 mm dan 24,68 mm. Ukuran celah adalah 2,64 mm. Panjang pengukuran tekanan 1.200 mm. Diameter hidrolik saluran sempit adalah 5,28 mm. Aliran dalam pipa dalam dan dalam anulus adalah berlawanan arah. Air digunakan sebagai fluida kerja dalam penelitian ini. Pada aliran dengan pertukaran kalor, temperatur air panas yang masuk ke pipa dalam dipertahankan 60 o C. Laju aliran massa air, penurunan tekanan, temperatur air masuk dan keluar saluran sempit diukur pada kondisi tunak. Hasil penelitian dibandingkan dengan perkiraan dari teori aliran konvensional. Hasil penelitian menunjukkan bahwa aliran melalui penular kalor saluran rektangular bercelah sempit mempunyai karakteristik aliran yang berbeda dengan aliran air melalui pipa – pipa normal. Pada aliran tanpa pertukaran kalor di saluran rektangular bercelah sempit, daerah aliran transisi dari laminar ke aliran turbulen terjadi lebih awal dari pipa – pipa normal yaitu berkisar antara bilangan Reynolds (Re) 1.850 sampai 2.333. Transisi aliran dengan pertukaran kalor terjadi pada kisaran bilangan Reynolds 1.657 sampai 2.245. Faktor gesekan aliran pada daerah aliran laminar (Re < 1.850) adalah 1,719 kali lebih besar dari nilai faktor pada pipa – pipa normal (f = 64/Re) untuk aliran tanpa pertukaran kalor. Faktor gesekan aliran air pada aliran air vertikal ke atas dengan pertukaran kalor lebih besar dibandingkan aliran tanpa pertukaran kalor pada bilangan Reynolds di bawah 734. Karakteristik aliran pada saluran rektangular bercelah sempit mempunyai hubungan dengan perbedaan temperatur air sisi masuk dan keluar saluran sempit. Pengaruh-pengaruh beda temperatur air yang masuk dan keluar saluran terhadap gesekan aliran terkonsentrasi pada bilangan Reynolds rendah (Re ≤ 734). Pada daerah aliran turbulen, terdapat sedikit perbedaan antara faktor gesekan aliran dengan pertukaran kalor dan tanpa pertukaran kalor. Penurunan tekanan akibat faktor gesekan aliran dapat dikarakteristikan dengan bilangan Poiseuille (Po). Pada daerah aliran laminar, nilai bilangan Poiseuille relatif konstan. Ketika aliran menjadi turbulen nilai bilangan Poiseuille cenderung meningkat seiring dengan peningkatan bilangan Reynolds. Abstract This research was carried out to investigate the flow characteristics of single phase vertical upward water flow with/without heat in a narrow gap rectangular channel heat exchanger. The test section was a concentric tube heat exchanger. The inner tube was made of aluminum with inner side and outer side lengths of 17.4 mm and 18.4 mm. The outer tube was made of aluminum with inner side and outer side lengths of 23.68 mm and 24.68 mm. The gap size was 2.64 mm. The pressure measuring length was 1,200 mm. The hydraulic diameter of the narrow rectangular channel was 5.28 mm. Flows in the inner tube and in annulus were in opposite directions. Water was used as the working fluid in this research. For the flow with heat exchange, the water temperature at the inlet of inner tube was maintained at 60 o C. The water mass flow rate, pressure drop, inlet and outlet water temperatures in narrow gap were measured at steady states. The results of the research were compared with predictions from conventional flow theory. The results of the research showed that flow characteristics of water through the narrow gap rectangular channel heat exchanger were different from those in normal pipes. For the flow without heat exchange In narrow gap rectangular channel, the transition from laminar to turbulent flow was earlier than in normal pipes at a Reynolds number (Re) range 1,850 to 2,333. The transition of flow with heat exchange occured for a Reynolds number in the range from 1,657 to 2,245. The friction factor in laminar region (Re < 1,850) was 1.719 times larger than those in normal pipes (f = 64/Re) for without heat exchange. Flow friction factor of the vertical upward water flow with heat exchange was larger than without heat exchange at the Reynolds number was lower than 734. The flow characteristics in the narrow gap rectangular channel had relations to the water temperature difference at inlet and outlet narrow gap. Their influences on the flow friction were concentrated in the laminar flow area (Re ≤ 734). At the turbulent flow area, there was little difference of friction factor value between with and without heat exchange. The pressure drop could be characterized by Poiseuille number (Po). For flow without heat exchange, Poiseuille number had a constant value in laminar regime. When the flow became turbulent, it increased with increasing Reynolds number.