Simulasi Performa Pendinginan Radiator Menggunakan Ansys Fluent

Penulis: Riqy Rizqyandra – CAE Engineer PT Optimaxx Prima Teknik (2023)

PENDAHULUAN

Heat exchanger merupakan sebuah alat penukar panas dimana fluida panas akan mentransfer energinya ke fluida dingin. Heat exchanger banyak dipakai di berbagai macam industri seperti industri pembangkit energi, perminyakan, HVAC, dan otomotif. Pada tulisan kali ini kita akan fokus penggunaan heat exchanger pada dunia otomotif yaitu berupa radiator.

Simulasi radiator ini penulis menggunakan porous zone pada bagian core radiator. Pada bagian core terdapat banyak fin yang akan membuat mesh menjadi lebih banyak. Untuk mempermudah simulasi maka bagian fin tersebut akan dibuat porous zone. Radiator ini digunakan dalam sistem pendinginan motor listrik. Air pendingin keluar dari motor listrik sebesar 50°C lalu masuk ke radiator. Tugas dari radiator adalah untuk menurunkan temperature air pendingin tersebut sehingga bisa digunakan lagi untuk mendinginkan motor listrik. Sebelum simulasi radiator perlu mensimulasikan fin untuk mendapatkan koefisien inertial dan viscous resistance dari fin tersebut. Koefisien tersebut akan dimasukkan ke dalam porous zone.

PRE-PROCESSING

Gambar 3 menunjukan domain udara dari fin yang akan disimulasikan. Fin akan disimulasikan dengan kecepatan 5 m/s sampai 25 m/s dengan kenaikan 5 m/s. Output dari simulasi ini adalah grafik pressure drop terhadap kecepatan. Grafik tersebut bisa didapatkan dua koefisien yaitu inertial dan viscous resistance.

Domain udara akan dibagi menjadi 3 bagian. Domain udara masuk, domain udara porous zone, dan domain udara keluar. Disini domain pipa radiator tidak dibuat karena ketebalan pipa tipis. Mesh yang digunakan merupakan polyhedral dan pada mesh pada porous zone dan pipa dibuat lebih kecil karena disitu terdapat perpindahan panas sehingga bisa menangkap gradien temperature lebih detail.

SETUP

Radiator disimulasikan steady state. Karena ada perpindahan panas maka perlu mengaktifkan energy pada models. Inertial dan viscous resistance perlu dimasukkan pada cell zone condition pada body air-porous-zone seperti pada gambar 8. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk mengetahui perfomansi dari radiator yang telah didesain. Air panas dari motor listrik masuk ke radiator. Tugas dari radiator adalah menurunkan air panas tersebut agar bisa dipakai lagi. Simulasi ini melihat penurunan temperature dari air radiator tersebut.

POST-PROCESSING

Hasil simulasi fin bisa dilihat pada gambar di atas. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk mendapatkan pressure drop terhadap kecepatan. Grafik pressure drop tersebut akan dibuat curve fitting dengan polynomial orde dua sehingga mendapatkan persamaan y = ax^2 + bx. Nilai a digunakan untuk menghitung inertial resistance dan nilai b digunakan untuk menghitung viscous resistance. Persamaan inertial dan viscous resistance didapat dari hukum Darcy. Cara menghitung koefisien dapat dilihat pada perhitungan di bawah

Inertial Coefficient

Viscous Coefficient

Berdasarkan hasil simulasi, air radiator mengalami penurunan temperature sekitar 5°C. Detail penurunan temperature pada masing-masing pipa radiator dapat dilihat pada gambar 14. Dari 20 pipa terdapat penurunan temperature yang berbeda-beda. Temperature tersebut akan tercampur di bawah dan menghasilkan temperature air menuju motor listrik sebesar 44°C. Gambar 13 menunjukan temperature udara yang mengalami kenaikan temperature karena menerima panas dari air radiator.

Referensi

Barbaros Cetin, Kadir G. Güler and Mehmet Haluk Aksel. 2017. Computational Modelling of Vehicle Radiators Using Porous Medium Approach. Middle East Technical University, Turkey.

Rizqyandra, Riqy. 2022. Studi Perancangan Dan Simulasi Numerik Performansi Radiator Mobil Hybrid Menggunakan Nano Fluida Al₂O₃.  Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.

Tutorial youtube perpindahan panas heat exchanger : https://www.youtube.com/live/RSf8jFlQPIo?feature=share