Assalamu’alaikum Prof. DAI dan teman-teman. Dalam blog ini saya akan meninjau literatur mengenai pressure drop untuk pipa kumparan helix dengan tujuan untuk membandingkannya dengan hasil dari iterasi CFD yang blog lalu.
Langkah Pertama adalah untuk parameter geometrik dari pipa, beberapa telah ditentukan pada blog pertama.
Diameter rongga pipa (d) = 3/4 inch = 19.05 mm
Diameter rata-rata (D): 160 mm – 19.05 mm = 140.95 mm = 0.14095 m
Panjang Pipa Diluruskan (L):
Rasio kelengkungan = d/D = 0.01905 / 0.14095 = 0.135
L = 4.456 m
Berikutnya perlu ditentukan parameter fluida yang mengalir dalam pipa.
Kecepatan inlet: 1 m/s
Densitas air (ฯ) = 998 kg/m^3
Viskositas dinamis (ฮผ) = 1.002*10^-3 Pa.s
Angka Reynold (Re) = ฯ*v*d/ฮผ = 998*1*0.001905/1.002*10^-3 = 18974
Literatur utama yang digunakan adalah “Friction Factors for Turbulent Flow in Curved Pipes” oleh H. Ito yang akan menyertakan rumus untuk angka Reynold kritis, faktor friksi dan pressure drop. Karena pipa helix dan toroid menekan fenomeno turbulensi fluida, umumnya angka kritis Reynold lebih tinggi dari 4000.
Re(crit) = 20000*(d/D)^0.32 = 10541
Karena Re > Re(crit), maka aliran fluida turbulen
Faktor friksi (fc) untuk aliran turbulen:
fc = 0.0365
Karena faktor friksi telah diketahui, maka pressure drop dapat dihitung dengan rumus:
ฮP = 4260 Pa
Jika dibandingkan dengan total pressure drop yang disimulasikan dengan Solidworks Flow Simulation dengan nilai 3122 Pa, maka terdapat besar perbedaan 1138 Pa atau divergensi 26.7% .
Divergensi dapat terjadi dan dapat disebabkan oleh cara SolidWorks Flow Simulation menangani turbulensi di dekat dinding.
Di dalam pipa melengkung, gaya sentrifugal memicu aliran sekunder yang kuat (vorteks Dean) yang memberikan gaya pada dinding, sehingga menghasilkan gradien kecepatan serta tegangan geser dinding.
Model viskositas pusaran (eddy-viscosity) standar mengasumsikan viskositas turbulen yang isotropik. Model kurang mampu untuk menghitung intensitas pusaran sekunder dan gradien kecepatan di dinding, sehingga menyebabkan estimasi gesekan yang terlalu rendah.
Referensi
Itล, H. (June 1, 1959). “Friction Factors for Turbulent Flow in Curved Pipes.” ASME. J. Basic Eng. June 1959; 81(2): 123โ132. https://doi.org/10.1115/1.4008390
