Dokumen tersebut membahas berbagai konsep dasar aliran fluida dan konveksi, termasuk klasifikasi aliran fluida, bilangan Reynolds, Nusselt, dan Prandtl, serta persamaan kontinuitas, momentum, dan energi yang mendasari analisis aliran fluida."

1. FUNDAMENTAL
OF
CONVECTION
Geothermal B

2. Physical Mechanism of Convection
• Nusselt Number
Classification of Fluid Flows
• Viscous versus Inviscid Region of Flow
Velocity Boundary Layer
• Internal versus External Flow Layer
• Wall Shaer Stress Boundary
Thermal
• Compressible versus Turbulent FlowsFlow
• Prandtl Number and Incompressible
Laminar
• Laminar versus Turbulent Flow
• Heat and Momentum Transfer in Turbulent Flow
Reynolds Number
• Natural (or Unforced) versus Forced Flow
Derivation of differential Convection Equation
• Steady versus Unsteady Flow
• The Continuity Equations
• One, Two, Three Dimensional Flow
• The Momentum Equations
• Conservation of Energy Equation

5. Bilangan Nusselt adalah rasio
perpindah panas konveksi dan
konduksi normal terhadap batas
dalam perpindah panas pada
permukaan fluida.
L = Panjang karakteristik
h = koefisien perpindahan panas konvektif
k = konduktivitas termal dari fluida

6. Jika Nu = 1, ini berarti bahwa
konveksi dan konduksi memiliki
besaran yang relatif sama dan
dengan demikian ditandai oleh
aliran laminar
Nu besar menyiratkan bahwa
istilah konvektif dominan, yang
biasanya ditandai dengan arus
turbulen (biasanya nilai Nu di
kisaran 100-1000).
Oleh karena itu, dengan memahami jumlah Nusselt
dari sistem aliran, kita dapat menyimpulkan dominasi
antara konveksi dan konduksi perpindahan panas, dan
dengan demikian memungkinkan kita untuk merancang
lebih baik dan lebih efisien sistem rekayasa termal,
khususnya di bidang perpindahan panas konvektif.

7. Klasifikasi Aliran Fluida

8. Viscous and Inviscid Flow
Viscous Flow
Inviscid Flow
Arus di mana efek
gesekan yang signifikan
Arus dimana tidak ada
efek gesekan
fluida yang masih
dipengaruhi oleh
viskositas(hambatan) atau
kekentalan
Aliran tanpa gesekan adalah
aliran fluida yang pengaruh
gesekannya diabaikan atau
pengaruh kekentalan
(viskositas) fluida tidak
mempengaruhi aliran fluida

9. Internal and External Flow
Internal Flow; Aliran fluida yang dibatasi
oleh permukaan padat
 External Flow; Aliran fluida yang tidak
dibatasi oleh permukaan padat


10. Compressible and Incompressible Flow
Compressible Flow; Aliran dimana
densitas fluida tersebut tetap di spanjang
aliran tersebut.
 Incompressible Flow; Aliran dimana
terjadi perubahan densitas fluida
sepanjang di aliran tersebut.


11. Aliran Laminer
Aliran Laminar
Aliran Turbulen
dan Turbulen
Partikel-partikel zat cair bergerak
secara teratur (mengikuti lintasan
yang saling sejajar)
Partikel-partikel zat cair bergerak
tidak teratur
Terjadi jika Kekentalan besar;
kecepatan kecil; luas penampang
pipa kecil.
Terjadi jika Kekentalan kecil;
kecepatan besar; luas penampang
pipa besar
Titik kritik
Video Aliran Viskos
Video Aliran
Laminer
CLICK HERE
Bilangan Reynolds
Video Aliran
Turbulen

15. BACK

16. Bilangan Reynolds
•
Tergantung pada rapat massa, viskositas, diameter dan kecepatan
•
Merupakan bilangan tak berdimensi
•
Menentukan jenis aliran
•
Bila NR < 2000  aliran laminer
•
Bila NR> 4000  aliran turbulen
•
Bila 2000 < NR< 4000  aliran transisi/daerah kritis (critical zone)
NR
kg m
m
3
VD m s
kg
m.s

17. Natural and Forced Flow
Natural flow
Forced
Aliran yang bergerak
tanpa paksaan yang
terjadi secara alamiah
Aliran yang dipaksa
mengalir/bergerak ke
arah yang dituju dengan
bantuan alat tertentu

18. Steady and Unsteady Flow
Steady
Unsteady
Aliran Steady terjadi di
titik manapun bila
kondisi seperti
kecepatan, tekanan dan
kondisi lintasan partikel
di dalam fluida tidak
terjadi perubahan
terhadap waktu
Apabila aliran pada suatu
titik dalam suatu aliran
mempunyai kondisi yang
berubah terhadap waktu

19. One, Two, Three Dimensional Flows



One Domensional Flow; aliran dimana seluruh fluida
dan parameter alirannya diasumsikan tetap terhadap
penampang normal aliran, dan hanya ada satu
gradient kecepatan, yaitu dalam arah aliran.
Two Dimensional Flow; aliran dimana dibedakan
dalam beberapa bidang secara paralel, horisontal atau
vertikal
Three Dimensional Flow; aliran dimana parameter
alirannya berubah dalam tiga dimensi, sehingga
gradien parameter alirannya terdapat dalam tiga arah.

20. LAPISAN BATAS KONVEKSI
Lapisan Batas
Panas
Lapisan Batas
Kecepatan
Pada daerah masuk, fluida dekat tengah-tengah
pipatampaknya tidak dipengaruhi gesekan,
sedangkan fluida dekat dinding telah
dipengaruhi oleh gesekan
Daerah dimana efek gesekan
terlihat dengan jelas disebut
lapisan batas

21. = viscosity (kg/m s or N s/m2 or Pa s)
1 poise = 0.1 Pa s

22. Lapisan Batas Kecepatan
Velocity boundary layer
adalah area pada arus fluida
pada pinggiran yang
didominasi efek viskositas.
Daerah lapisan Batas, dimana
efek viskositas dan kecepatan
berubah secara signifikan.
Daerah aliran bebas pusaran,
dimana efek geseran tak berarti
dan kecepatan konstan.

23. Lapisan Batas Panas
Lapis batas termal adalah dearah
dimana terdapat gradien suhu dalam
aliran akibat proses pertukaran kalor
antara fluida dan dinding.

24. Bilangan Prandtl (Pr) merupakan suatu nilai /
harga yang dipakai untuk menentukan
distribusi temperatur pada suatu aliran.
Bilangan Prandtl merupakan rasio antara divusitas molekuler
momentum dan divusitas molekuler panas.

25. Dalam masalah perpindahan panas, jumlah Prandtl
mengontrol ketebalan relatif momentum dan lapisan batas
termal. Ketika Prandtl kecil, itu berarti bahwa panas berdifusi
sangat cepat dibandingkan dengan kecepatan (momentum).
Ini berarti bahwa untuk logam cair ketebalan lapisan batas
termal jauh lebih besar dari lapisan batas kecepatan
gas - Pr berkisar 0,7-1,0
air - Pr berkisar 1 - 10
logam cair - berkisar Pr 0,001-0,03
minyak - Pr berkisar 50-2000

26. Heat and Momentum Transfer in
Turbulent Flow
Aliran turbulen ditandai dengan adanya lingkaran-lingkaran
kecil dan menyerupai pusaran atau dapat disebut sebagai arus
eddy

27. Tegangan geser turbulen terdiri dari 2 komponen yaitu laminar
dan turbulen
Tegangan geser turbulen
Tegangan Geser Dinding
Aliran panas

28. Tegangan Geser Dinding Total
Aliran Panas Total

29. Persamaan Kontinuitas
Laju aliran
massa yang
masuk ke sistem
Laju aliran massa
yang masuk
keluar sistem

30. Persamaan Momentum
• Momentum suatu partikel atau benda didefinisikan
sebagai perkalian antara massa M dan kecepatan V,
• Partikel-partikel aliran zat cair mempunyai
momentum.
• Perubahan momentum dapat menyebabkan
terjadinya gaya.

32. Momentum pada zat cair
Gaya yang Bekerja pada Zat Cair
F = ρ Q (V2 – V1)
F = ρQV2 – ρQV1
Gaya yang bekerja pada zat cair adalah sebanding
dengan laju perubahan momentum

33. Hukum kekekalan energi
Persamaan Bernouli
menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di
dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan
jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang
sama

34. Persamaan Bernouli