engujian karakteristik aliran fasa tunggal aliran air vertikal ke atas pada penukar kalor saluran annular bercelah sempit

Oleh :
Indri Yaningsih - I0405031 - Fak. Teknik

Abstract This research was conducted to investigate flow characteristics of single phase vertical upward water flow with/without heat exchange in narrow gap annular channel heat exchanger. Test section was a concentric tube heat exchanger. The inner tube was made of aluminium with inside and outside diameters of 17.34 mm and 19.07 mm, and length was 1,850 mm. The outer tube was made of aluminium with inside and outside diameters of 23.84 mm and 25.14 mm, and length was 1,650 mm. The hydraulic diameter of the narrow annulus was 4.77 mm. Flows in the inner tube and in annulus were in opposite directions. Working fluid used in this research was water. In the research with heat exchange, the water in the annulus was heated by high temperature of water flowing through the inner tube. The water temperature at the inlet of inner tube was maintained at 60°C. The results of the research were compared with predictions from conventional flow theory. The results of the research show that flow characteristics of water flowing through the narrow annulus were different from those in normal pipes. For the flow without heat exchange in narrow annulus, the transition from laminar to turbulent flow was initiated earlier than that in normal pipes at a Reynolds number (Re) range from 1,553 – 1,880. The transition of flow with heat exchange occured for a Reynolds number in the range from 1,545 – 1,846. 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 607. The flow friction characteristics in narrow annulus had relations to the liquid temperature difference at the inlet and outlet of the annulus. Their influences on the flow frictions were concentrated in the laminar flow area. For the flow without heat exchange, in the laminar flow area ( Re < 1,500), the value of Poiseuille number (Po) was 12.07 – 31.08 % higher than normal pipes. The Poiseuille number (Po) of flow with heat exchange was 44.75 – 239.98 % higher than normal pipes in the low Reynolds number area of Re ≤ 607. Keywords : narrow annulus, Reynolds number, friction factor, Poiseuille number Abstrak Penelitian ini dilakukan untuk menguji karakteristik aliran fasa tunggal aliran air vertikal ke atas dengan/tanpa pertukaran kalor pada penukar kalor saluran annular bercelah sempit. Seksi uji adalah sebuah penukar kalor pipa konsentrik. Pipa dalam terbuat dari aluminium dengan diameter dalam dan luar adalah 17,34 mm dan 19,07 mm, dan panjang 1.850 mm. Pipa luar terbuat dari aluminium dengan diameter dalam dan luar adalah 23,84 mm dan 25,14 mm, dan panjang 1.650 mm. Diameter hidraulik anulus sempit 4,77 mm. Aliran dalam pipa dalam dan dalam anulus adalah berlawanan arah. Fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah air. Pada penelitian dengan pertukaran kalor air di dalam anulus dipanaskan oleh air yang mengalir di dalam pipa dalam. Temperatur air yang masuk pipa dalam dipertahankan pada suhu 60 ºC. Hasil penelitian dibandingkan dengan perkiraan dari teori aliran konvensional. Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik aliran air yang melalui anulus sempit berbeda dari pipa – pipa normal. Pada aliran tanpa pertukaran kalor di dalam anulus sempit, transisi aliran dari laminar ke turbulen dimulai lebih awal dibanding dalam pipa – pipa normal yaitu pada kisaran bilangan Reynolds (Re) dari 1.533 sampai 1.880. Transisi aliran dengan pertukaran kalor terjadi pada kisaran bilangan Reynolds 1.545 sampai 1.846. 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 607. Karakteristik gesekan aliran dalam anulus sempit berhubungan dengan beda temperatur air yang masuk dan keluar anulus. Pengaruh-pengaruh ini terhadap gesekan aliran terkonsentrasi pada daerah laminar. Pada aliran tanpa pertukaran kalor, pada daerah laminar ( Re < 1.500 ), nilai bilangan Poiseuille (Po) adalah 12,07 – 31,08 % lebih besar dibanding dalam pipa – pipa normal. Bilangan Poiseuille (Po) pada aliran dengan pertukaran kalor adalah 44,75 – 239,98 % lebih besar dibanding dalam pipa – pipa normal pada daerah bilangan Reynolds rendah, Re ≤ 607. Kata kunci : anulus sempit, bilangan Reynolds, faktor gesekan, bilangan Poiseuille.