Pengujian karakteristik aliran fasa tunggal aliran air vertikal ke bawah pada penukar kalor saluran annular bercelah sempit

Oleh :
Tinneke Febrina - I0405049 - Fak. Teknik

Abstract This research was conducted to investigate the 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. The outer tube was made of aluminium with inside and outside diameters of 23.84 mm and 25.14 mm. The pressure measuring length was 1,198 mm. 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. For the flow with heat exchange, the water temperature at the inlet of inner tube was maintained at 60 oC. In the research, the mass flow rate and pressure drop across narrow annulus were measured at steady states. Results of the research were compared with predictions from conventional flow theory. Results of the research shown that the flow characteristics of water through the narrow annulus were different from those in normal pipes. For the flow without heat exchange in narrow annulus, the flow transition from laminar to turbulent flow was initiated earlier than that in normal pipes at a Reynolds number range from 1,170 to 1,656. The flow transition with heat exchange occurred for a Reynolds number in the range of 1,058 to 1,462. Flow friction factor of the downward flow with heat exchange was larger than that without heat exchange at the Reynolds number was lower than 605. 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 friction were concentrated in the laminar flow area. For the flow without heat exchange, in the laminar flow area (Re < 1.000), the value of Poiseuille number (Po) was 11.09 – 38.15% higher than those in the normal pipes. The Poiseuille number (Po) of flow with heat exchange was 48.56 – 220,57% higher than those in normal pipes in the low Reynolds number area of Re ≤ 605. Keywords : narrow annulus, Reynolds number, friction factor, Poiseuille number. Abstrak Penelitian ini dilakukan untuk menguji karakteristik aliran fasa tunggal aliran air vertikal ke bawah 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. Pipa luar terbuat dari aluminium dengan diameter dalam dan luar adalah 23,84 mm dan 25,14 mm. Panjang pengukuran tekanan 1.198 mm. Diameter hidraulik anulus sempit adalah 4,77 mm. Aliran dalam pipa dalam dan dalam anulus adalah berlawanan arah. Fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah air. Pada aliran dengan pertukaran kalor, temperatur air yang masuk ke pipa dalam dipertahankan pada 60 oC. Pada penelitian ini, laju aliran massa dan penurunan tekanan pada anulus sempit diukur pada kondisi tunak. Hasil penelitian dibandingkan dengan perkiraan dari teori aliran konvensional. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik aliran air yang melalui anulus sempit berbeda dari pipa – pipa normal. Pada aliran tanpa pertukaran kalor dalam anulus sempit, transisi dari aliran laminar ke turbulen dimulai lebih awal dibanding dalam pipa – pipa normal pada kisaran bilangan Reynolds antara 1.170 sampai 1.656. Transisi aliran dengan pertukaran kalor terjadi pada kisaran bilangan Reynolds antara 1.058 sampai 1.462. Faktor gesekan aliran pada aliran air vertikal ke bawah dengan pertukaran kalor lebih besar dibanding dalam aliran tanpa pertukaran kalor pada bilangan Reynolds di bawah 605. Karakteristik gesekan aliran dalam anulus sempit berhubungan dengan beda temperatur air yang masuk dan keluar anulus. Pengaruh – pengaruh beda temperatur air yang masuk dan keluar anulus terhadap gesekan aliran terkonsentrasi pada daerah aliran laminar. Pada aliran tanpa pertukaran kalor, pada daerah aliran laminar (Re < 1.000), nilai bilangan Poiseuille (Po) adalah 11,09 – 38,15 % lebih besar dibanding dalam pipa – pipa normal. Bilangan Poiseuille (Po) pada aliran dengan pertukaran kalor adalah 48,56 – 220,57 % lebih besar dibanding dalam pipa – pipa normal pada daerah bilangan Reynolds rendah Re ≤ 605. Kata kunci : anulus sempit, bilangan Reynolds, faktor gesekan, bilangan Poiseuille.