## Analisa numerik pengaruh diameter
perforate terhadap perpindahan panas dan penurunan tekanan pada saluran segi empat 4:1 menggunakan perforated groove v- rib
Khairul Umurani 1 , Arya Rudi Nasution 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara Jalan Kapten Muchtar Basri No.3 Medan 20238, Indonesia Email korespondensi: khairulumurani@umsu.ac.id

## Abstrak
Dalam  saluran  pendingin  internal  bilah  turbin  gas,  struktur  rusuk  banyak  digunakan  untuk  meningkatkan perpindahan panas konveksi dengan aliran pendingin yang melewati permukaan rusuk. Kajian ini berkonsentrasi pada  V-rib  berlubang  dengan  alur  pada  saluran  pendingin  dengan  penampang  persegi  panjang.  Kajian  ini menganalisis perpindahan panas dan penurunan tekanan pada saluran segi empat dengan alur v-rib berlubang untuk  memberikan solusi  pendingin sudu  turbin  gas.  Kajian ini dilakukan  dengan analisis numerik. Beberapa model  dibuat  dan  dianalisis  menggunakan  Solidworks  Flow  Simulation,  sebuah  komputasi  dinamika  fluida komersial (CFD) berdasarkan metode  volume hingga. Solidworks Flow Simulation Solver untuk menganalisis aliran  laminar  dan  turbulen  menggunakan  persamaan  Reynolds  rata-rata  Navier-Stokes.  Menggunakan persamaan transportasi yang sama untuk aliran laminar dan turbulen memberikan fleksibilitas. Turbulensi dalam aliran diperlakukan menggunakan energi kinetik turbulen (k) dan laju disipasi turbulensi (ꞷ) menggunakan model turbulensi k-ꞷ standar. Bilangan Reynolds 2000, 4000, 6000, 8000, 10000,12000,14000. Dengan memberikan panas 1000 Watt di bagian bawah saluran, kondisi udara pada suhu saluran masuk adalah 30 oC dan tekanan 1 atm. Pada  rezim aliran 2000 < Re <  20.000, konstruksi rib berlubang secara signifikan meningkatkan angka Nusselt dibandingkan  tanpa rib.  Koefisien gesekan untuk konfigurasi rusuk  padat lebih tinggi daripada rusuk berlubang.
Kata kunci : govee, rusuk berlubang, perpindahan panas, koefisien gesekan

## Abstract
In the internal cooling ducts of the gas turbine blades, the rib structure is widely used to enhance convective heat transfer with the flow of coolant passing through the rib surface. This research concentrates on the perforated V-rib  with  grooved  in  the  cooling  channel  with  a  rectangular  cross-section.  This  research  analyzes  the  heat transfer and pressure drop in the rectangular channel with a perforated groove v-rib to provide the cooling blade gas  turbine  solution.  This  research  was  conducted  by  numerical  analysis.  Several  models  were  created  and analyzed using Solidworks Flow Simulation, a commercial computational  fluid dynamics (CFD) based on the finite volume method. Solidworks Flow Simulation Solver to analyze laminar and turbulent flow using the Reynolds averaged Navier-Stokes equation. Using the same transport equations for laminar and turbulent flows provides flexibility. Turbulence in the flow is treated using turbulent kinetic energy (k) and turbulence dissipation rate (ꞷ) using the standard k-ꞷ turbulence model. The Reynolds numbers 2000, 4000, 6000, 8000, 10000,12000,14000. By giving 1000 Watts of heat at the bottom of the channel, the air condition at the inlet temperature is 30 oC and a pressure of 1 atm. In the flow regime of 2000 < Re < 20,000, perforated rib construction significantly increases the Nusselt number compared to no rib. The coefficient of friction for the solid rib configuration is higher than for the rib with holes.
Keywords: Grovee, perforated rib, heattransfer, coefficient of friction

## 1. Pendahuluan
Tingginya  harga  dan  menipisnya  persediaan  bahan bakar  fosil  memaksa  para  enjiner  berusaha  keras untuk meningkatkan efisiensi termal turbin gas. Salah satu caranya adalah meningkatkan suhu udara masuk kedalam  turbin.  Turbin  gas  generasi  saat  ini beroperasi  pada  suhu  yang  sangat  tinggi  untuk menghasilkan  keluaran  daya  yang  tinggi.  Suhu pengoperasian turbin sering kali mendekati titik leleh material  sudu.  Paparan  suhu  tinggi  untuk  jangka waktu  yang  lama  menyebabkan  tekanan  termal
mengakibatkan  kerusakan  pada  sudu  jika  tidak dikelola secara efektif. Oleh karena itu, pendinginan sudu turbin yang optimal adalah sangat penting untuk mencegah  kegagalan  yang  parah  dan  untuk meningkatkan keluaran daya. Sudu turbin didinginkan  secara  eksternal  dan  internal  dengan mengalirkan  sebagian  kecil  udara  bertekanan  dari tingkat akhir kompresor. Rib sering digunakan dalam lintasan  pendinginan  internal  sudu  turbin  untuk menambah  perpindahan  panas  dengan  mengalirkan udara  pendingin  melalui  lintasan  berib  internal. Penggunaan  rib  atau  elemen  yang  memberikan
kekasaran  aliran  dapat  menghasilkan  peningkatan perpindahan  panas  akan  tetapi  selalu  diikuti  dengan penurunan  tekanan.  Disamping  itu  juga  dengan pemberian rib akan terbentuk daerah panas di bagian hilir rib ini terbentuk akibat dari pemisahan aliran dan resirkulasi,  dapat  menyebabkan  perpindahan  panas yang  lebih  rendah  Penggunaan  turbulator  dalam berbagai  bentuk  rib  sekat,  sayap  delta,  rintangan, generator  pusaran,  cincin,  dan  blok/penyekat berlubang  merupakan  cara  yang  efektif  untuk meningkatkan  kinerja  penukar  panas  dan  pemanas udara  surya.  Perforasi  pada  rib/baffle/blok  dan kombinasi  rib  dan  sayap  delta  menyebabkan peningkatan kinerja termo-hidrolik [1]. Rib berbentuk V  60 o memberikan  peningkatan  perpindahan  panas. panas 7% lebih tinggi dari rib V 45 o , 28% lebih tinggi dari  rib  berbentuk  W  dan  35%  lebih  tinggi  dari  rib berbentuk  M.  Akan  tetapi  penurunan  tekanan  untuk rib berbentuk V adalah 19% lebih tinggi dari rib V45 o , 24% lebih tinggi dari rib berbentuk W dan 28% lebih tinggi dari rib berbentuk M. Kinerja hidraulik termal rib berbentuk V dan rib 45 o jauh lebih baik daripada rib berbentuk W dan M [2].
Rib  terpotong  menghasilkan  pusaran  melintang  di celah pemotongan dan mengurangi aliran resirkulasi di  belakang  rib.  Peningkatan  pencampuran  aliran berkontribusi  pada  peningkatan  perpindahan  panas. Dengan pengaturan rib berselang seling menyebabkan jalur  aliran  menjadi  lebih  kompleks  dan  campuran aliran  semakin  ditingkatkan.  Rib  terpotong menjanjikan untuk aplikasi dalam saluran sudu turbin rasio aspek tinggi dan faktor peningkatannya sekitar 10% [3]
Rib  berlubang miring memiliki faktor gesekan yang lebih  rendah  dan  perpindahan  panas  lokal  yang meningkat ke hilir dari rib berlubang karena benturan aliran seperti jet dibandingkan dengan rib padat. sudut kemiringan  lubang  yang  optimal  adalah  15° memberikan faktor kinerja termal maksimum. Faktor gesekan  berkurang  sedikit  dan  jumlah  rata-rata Nusselt  meningkat  secara  bertahap  dengan peningkatan  jumlah  Reynold  untuk  rib  berlubang miring  [4].  Singh  et.al  telah  melakukan  pengujian secara  numerik  perpindahan  panas  yang  kemudian divalidasi  dan  dibandingkan  dengan  eksperimen tentang peran aliran sekunder, energi kinetik turbulen, dll., Perpindahan panas meningkat karena keberadaan rib  [5].  Lubang  perforasi  yang  lebih  lebar menunjukkan  kinerja  terbaik  di  semua  kasus. Nuntadusit dkk [6] melakukan visualisasi aliran dari enam  balok  berlubang  (terbuat  dari  akrilik)  dan diperiksa efek kemiringan lubangnya dan letak lubang terhadap  karakteristik  perpindahan  panas.  Dalam kasus rib padat, aliran tidak terpisah dan tidak kembali saat rasio pitch kurang dari 7, sedangkan untuk rasio pitch  relative  lebih  besar  dari  7,  aliran  reattachment terjadi  di  antara  rib  berurutan  yang  menghasilkan aliran  resirkulasi,tepat  di  bagian  bawah  rib.  Untuk meningkatkan  efisiensi  turbin  gas,  diperlukan
pendekatan yang sama. Ini untuk meningkatkan suhu turbin  saluran  masuk.  Untuk  memungkinkan perancang turbin gas untuk meningkatkan suhu turbin masuk  sambil  mempertahankan  suhu  yang  dapat diterima untuk struktur, metode pendinginan lanjutan sedang  dikembangkan.  Saluran  yang  memiliki  rib banyak  digunakan  untuk  pendinginan  internal  bilah turbin.  Dalam  beberapa  tahun  terakhir,  saluran menggunakan  rib  biasanya  digunakan  untuk meningkatkan  perpindahan  panas  konvektif  dengan membuat aliran antara dua baris rib yang berdekatan dan  dengan  menginduksi  aliran  sekunder.  Semua permasalahan yang ingin dicapai adalah peningkatan perpindahan panas yang tinggi dan penurunan tekanan yang rendah. Namun hal tersebut belum dapat dicapai secara  memuaskan  seperti  perpindahn  panas  yang tinggi  namun  diiringi  dengan  kenaikan  penurunan tekanan dimana hal ini tidak diingingkan karena akan menambah daya untuk memompakan udara didalam saluran.  Studi  mengenai  perforated  groove  V-  rib belum  pernah  dilakukan  oleh  peneliti  sebelumnya telah  memperhatikan  banyak  parameter  konfigurasi saluran berib seperti bentuk rib rasio aspek, rasio nada (p/e), rasio penyumbatan (e/Dh), sudut serang tulang rib (a), kemiringan tulang rib dimana diharapkan dari kajian ini menjadi jawaban untuk permasalahan yang selama ini muncul. Untuk mengatasi masalah tersebut diatas  yaitu  bagaimana  meningkatkan  perpindahan panas  tetapi  juga  dapat  menurunkan  penurunan tekanan adalah dengan perforated groove V- rib maka perlu  dilakukan  kajian  yang  dapat  meghasilkan informasi-informasi  berguna  untuk  pengembangan ilmu  pengetahuan  tentang  rib  berperforasi.  Adapun tujuan  kajian  ini  adalah  untuk  menyelidiki perpindahan  panas  turbulen  saluran  pendingin internal  dengan  perforated  groove  V-  rib  dengan diameter  lubang  perforasi  yang  berbeda  yang ditunjukan  dalam  korelasi  baru  untuk  rasio peningkatan  jumlah  bilangan  Nusselt,  rasio  faktor gesekan  Darcy  dan  indeks  efisiensi  dalam  hal bilangan.  Saluran  yang  diuji  dirancang  sebagai saluran  persegi  panjang  dengan  rasio  aspek  tinggi dengan perforated groove V- rib yang ditempatkan di dinding bawah pada saluran persegi panjang dengan rasio aspek tinggi (4: 1) Pejelasan fisik kinerja termal keseluruhan  untuk  semua  kasus.dibandingkan berdasarkan model turbulensi k-ω, detail aliran untuk memberikan  penjelasan  fisik  dari  hasil  eksperimen. Kajian  eksperimental dan numerik diperlukan untuk menyelidiki  efek  yang  ditimbulkan  oleh  permukaan yang kasar dengan perforated groove V- rib terhadap perpindahan  panas  lokal  yang  berubah  secara  cepat dan  kompleks  disebabkan  oleh  perpindahan  panas konveksi  paksa  mendorong  terjadinya  peningkatkan tegangan  termal  dan  memengaruhi  umur  komponen mesin.  Sehingga  dibutuhkan  studi  yang  terperinci tentang  perpindahan  panas  lokal  dan  penurunan tekanan untuk mencegah terjadinya tegangan termal dalam  mendesain  komponen  yang  digunakan  dalam
kondisi  lingkungan  yang  panas.  Peprindahan  panas dan penurunan tekanan pada konfigurasi rib
Turbulensi  mendorong  sublapisan  viskos  dan memungkinkan udara bercampur di dalam sub lapisan viskos di dekat permukaan dengan aliran udara yang lebih  cepat  dari  lapisan  batas  luar,  yang  mengarah pada  perpindahan  panas.  Peningkatan  perpindahan panas diperlukan untuk meningkatkan kinerja termal suatu  perlatan  teknik.  Kekasaran  buatan  secara  luas dikenal  sebagai  teknik  peningkatan  perpindahan panas  pasif  di  mana  kinerja  termohidraulik  dari pemanas  dapat  dilakukan  ditingkatkan.  Saat  udara mengalir  melalui  saluran  pemanas  udara  surya,  sub laminar lapisan terbentuk di atas permukaan absorber yang menghalangi perpindahan panas ke udara yang mengalir,  dengan  demikian  mempengaruhi  kinerja termal  peralatan  pemanas  atau  pendingin.  Untuk mencapai  koefisien  perpindahan  panas  yang  lebih tinggi,  diperlukan  kekasaran  buatan  untuk  membuat turbulensi aliran pada permukaan pemindahan panas. Jadi  pelat  absorber  yang  dibuat  kasar  secara  buatan dianggap  sebagai  metodologi  yang  baik  untuk meningkatkan  koefisien  perpindahan  panas  karena memecah  sub  lapisan  laminar  untuk  mengurangi ketahanan termal. Hambatan, seperti baffle, sirip atau rib telah  lama digunakan  di beberapa sistem  termal, seperti  penukar  panas  penyekat  segmental,  penukar panas  kompak,  pengumpul  udara  surya  pelat  datar, mikroelektronika,  dan  berbagai  aplikasi  industri lainnya,  karena  beban  termalnya  yang  tinggi  dan parameter  struktural  yang  berkurang.  Hambatan terutama  digunakan  untuk  mengubah  arah  bidang aliran,  mengubah  distribusi  koefisien  perpindahan panas  lokal,  dan  meningkatkan  tingkat  turbulensi, menghasilkan  perpindahan  panas  yang  lebih signifikan antara fluida dan dinding yang dipanaskan [7].  Kekasaran  buatan  dapat  dikembangkan  dengan menggunakan  permukaan  bergelombang  yang meningkatkan  karakteristik  perpindahan  panas dengan menghancurkan dan mendestabilisasi lapisan batas termal [8]
Penggunaan rib pada saluran mendorng menghasilkan turbulensi  untuk  meningkatkan  perpindahan  panas didalam saluran. Bhosale & Selokar dalam kajiannya secara  numerik  dan  eksperimental  mengenai  rib bentuk  sepatu  beralur  terpotong  di  bawah  konveksi paksa untuk meningkatkan kinerja termal dengan rib kontinyu.  Hasil  kajian  eksperimen  menunjukan kesusuain  dengan  hasil  numerik  dan  mendapatkan peningkatan perpindahan panas yang lebih tinggi dari hasil kajian terdahulu [9]. Yang et al. melakukan studi eksperimental  pada  karakteristik  perpindahan  panas pada  saluran  berib  pada  rasio  penyumbatan  tinggi. Mereka  menemukan  bahwa  koefisien  perpindahan panas dari rib tersusun simetris lebih tinggi dari pada rib  selang  seling,  tetapi  kehilangan  tekanan  dari  rib tersusun  simetris  lebih  besar  dari  pada  rib  susunan yang selang seling [10].
Peningkatan perpindahan panas pada solar air heater (SAH) di atas permukaan dapat ditingkatkan dengan menempatkan elemen kekasaran buatan yaitu rib pada permukaan  absorber  [11].  Pemanas  udara  surya dengan rib gabungan menunjukkan kinerja yang lebih baik  dibandingkan  dengan  rib  individu dengan  nilai 1,86  sebagai  nilai  optimal  dari  berbagai  parameter yang  diteliti  [12].  Meningkatkan  kinerja  termal  dari pendinginan internal dengan menempatkan rib celah konvergen  dan  divergen.  Zheng  et.al  melakukan kajian terhadap lima model geometris yang berbeda, termasuk  celah  rib  persegi  panjang  dan  celah trapesium  dengan  berbagai  sudut  konvergen  dan divergen  yang  memberikan  hasil  terjadinya peningkatan  perpindahan  panas  dan  peningkatan kehilangan tekanan yang terbatas [13]. Dalam lintasan pendinginan internal di sudu turbin, penggunaan rib diterapkan  secara  luas  untuk  meningkatkan perpindahan  panas  konvektif  oleh  pendingin  yang melewati  permukaan  berib.  Penggunan  rib  berforasi dengan lubang miring telah diteliti oleh Liu et al yang menunjukan  bahwa  ruangan  miring  memiliki  angka Nusselt (Nu) rata-rata keseluruhan yang sedikit lebih besar daripada kasing lurus sekitar 1,85-4,94 persen. Nu  rata-rata  di  setengah  bagian  dari  arah  miring ditingkatkan untuk kotak lubang miring. Ketika sudut kemiringan lebih besar, arus yang ditembus didorong ke arah miring, dan pencampuran dengan  arus yang terjadi tepat di sisi arah miring [14]. Aliran seperti jet yang  menimpa  permukaan  rib  berlubang  miring secara  signifikan  meningkatkan  perpindahan  panas pada sisi hilir dari rib dibandingkan dengan rib yang berlubang  lurus  dan  padat,  menghasilkan  kinerja perpindahan panas keseluruhan yang tinggi [6]. Rasoo l  &  Qayoum  dalam  kajiannya  menyatakan penggunaan turbulator rib meningkatkan perpindahan panas  di  saluran  pendingin  sudu  turbin  gas.  Rib berlubang  menyebabkan  peningkatan  distribusi perpindahan panas lokal (Nu/Nuo) di  dinding ujung hilir  rib.  Rib  yang  berlubang  mengembangkan pusaran  longitudinal.  Pusaran  ini  menyebabkan peningkatan  aliran  pencampuran  dan  energi  kinetik yang  kacau.  Rib  berlubang  persegi  memberikan peningkatan perpindahan panas rata-rata 37,1 sampai 57,3  persen  lebih  tinggi  dari  rib  padat,  tetapi menyebabkan  penurunan  tekanan  tinggi.  Secara keseluruhan,  rib  berlubang  persegi  memberikan kinerja  termal-hidrolik  terbaik  [15].  Perpindahan panas turbulen secara spasial dan gesekan pada rassio lebar-tinggi persegi panjang 4: 1 dengan  rib persegi panjang  berlubang  yang  terlepas  dari  satu  dindin. Knerja  termal  dari  rib  tipe  padat  yang  terlepas ditemukan  lebih  tinggi  dari  pada  rib  tipe  berlubang yang  terlepas  [16].  Metode  pendinginan  yang menggunakan  susunan  sirip-pin,  penyumbatan berlubang,  dan  rib  bersudut  digunakan  untuk mendinginkan  bagian  dalam  dari  tepi  trailing. Pengaruh distribusi aliran pada saluran memperlihatkan karakteristik perpindahan panas dan tekanan, keseragaman perpindahan panas
ditingkatkan ketika penyumbatan berlubang dikombinasikan  dengan  susunan  sirip  jarum  [17]. Karakteristik perpindahan panas rib berlubang miring dalam  rasio  terhadap  rasio  persegi  panjang  telah dianalisa  secara  simulasi  numerik.  Rib  berlubang miring memiliki faktor gesekan yang lebih rendah dan perpindahan  panas  lokal  yang  meningkat  segera  ke hilir dari rib berlubang karena benturan aliran seperti jet dibandingkan dengan rib padat sudut kemiringan lubang yang optimal adalah 15° [18]. Nuntadusit et. al telah  melakukan  kajian  mengenai  pengaruh  sudut perforasi / kemiringan lubang (Δ = 0 °, 15 ° dan 30 °) dan  lokasi  lubang  rib  (h  =  0.2H,  0.5H  dan  0.8H). Hasilnya menunjukkan bahwa, aliran seperti jet yang menimpa  permukaan,  rib  berlubang  miring  secara signifikan meningkatkan perpindahan panas segera ke bagian  hilir  dari  rib  dibandingkan  dengan  yang berlubang lurus dan rib padat, sehingga menghasilkan kinerja  perpindahan  panas  keseluruhan  yang  tiinggi [6].  Perpindahan panas  pada zona separasi di  depan dan  belakang  rib berlubang  persegi  panjang  tunggal yang  dipasang  pada  pelat  datar  menimbulkan  zona stagnan dan resirkulasi di depan dan di belakang rib yang berlubang menjadi lebih kecil atau menghilang [19].  Beberapa  bentuk  rib  yang  berbeda  telah dipelajari untuk meningkatkan laju perpindahan panas dan  mengurangi  kehilangan  tekanan  total,  yaitu  rib persegi,  berlubang,  segitiga  dengan  peningkatan ketinggian arah aliran, rib segitiga dengan penurunan tinggi arah aliran dan profil busur setengah lingkaran. Kinerja  rib  yang  berbeda  diselidiki  pada  bilangan Reynolds  14.200.  Rib  segitiga  dengan  ketinggian yang  semakin  tinggi  searah  aliran  terbukti memberikan  kinerja  termal  terbaik,  memberikan perpindahan  panas  sekitar  5  persen  lebih  banyak daripada  profil  persegi  dasar  [20].  Pertimbangan penghematan  energi  dan  material,  serta  insentif ekonomi, mengarah pada upaya yang dilakukan untuk menghasilkan  peralatan  penukar  panas  yang  lebih efisien,. Untuk meningkatkan laju perpindahan panas ke  udara  yang  mengalir  di  saluran  pemanas  udara surya  dan  penukar  panas  dari  berbagai  generator turbulensi. rib baffle dan sayap delta dianggap teknik yang  efektif  [21].  Bilangan  Nusselt  lokal  dalam saluran  persegi  panjang  dengan  penyekat  padat  dan berlubang  miring.  sangat  bergantung  pada  posisi, orientasi, dan geometri pelat sekat kedua. Rasio faktor gesekan  meningkat  dengan  bertambahnya  jumlah Reynolds,  tetapi  nilainya  tergantung  pada  susunan sekat. Seperti sekat miring tunggal dan saluran yang dipasang di rib kehilangan kepala gesekan jauh lebih tinggi  untuk  dua  baffle  miring  [22].  Pengaruh parameter  geometris  blok  V  berlubang  terhadap perpindahan  panas  dan  karakteristik  aliran  dari saluran  persegi  telah  diselidiki  secara  eksperimental dalam  kisaran  Reynolds  dari  2000  hingga  20.000. Peningkatan  bilangan  Nusselt  dan  faktor  gesekan maksimum  masing-masing  sebesar  6,76  dan  28,84 kali  dari  saluran  tanpa  hambatan.  [23].  Turbulator berbentuk  lingkaran  dan  V  dipasang  pada  pelat
absorber  SAH  yang  dimodifikasi  dalam  enam konfigurasi  berbeda.  Eksperimen  diperluas  dengan sisipan  tipe-V  dalam  bentuk  cembung  (tipe-e)  dan cekung (tipe-f) untuk menciptakan gerakan turbulensi tambahan. Hasil kajian menunjukkan bahwa efisiensi sistem  meningkat  dengan  bertambahnya jumlah dan jumlah  turbulator  [24].  Pengaruh  lubang  perforasi non-lingkaran dalam hal sirkularitas balok berbentuk V yang menempel pada satu dinding yang dipanaskan dari  saluran  pemanas  udara  surya  persegi  panjang. Lubang  perforasi  berbentuk  non-lingkaran  yang menghasilkan nilai bilangan Nusselt yang maksimum; lubang  lingkaran  sempurna  secara  signifikan  lebih rendah  daripada  lubang  non-lingkaran  dengan  non- lingkaran yang cukup besar Non-lingkaran (ψ = 0,69). Peningkatan  nilai  bilangan  Nusselt  pada  rasio  1,13 ditemukan ketika lubang perforasi melingkar diganti dengan  lubang  persegi  panjang  berbentuk  lingkaran sebesar 0,69 [25].
Pendinginan internal dengan menempatkan rib celah konvergen  dan  divergen,  celah  rib  persegi  panjang dan celah trapesium dengan berbagai sudut konvergen dan  divergen.  Hasil  yang  diperoleh  menunjukkan bahwa intensitas turbulensi berada pada level tertinggi pada  kasus  dengan  sudut  celah  trapesium  terkecil, yang menghasilkan tingkat peningkatan perpindahan panas  tertinggi  dan  tingkat  kehilangan  tekanan tertinggi karena peningkatan perpindahan panas dan peningkatan  terbatas  pada  kehilangan  tekanan  [13]. 45,  Pemberianl  lubang  pada  pembangkit  vorteks. Dapat memberikan efek terhadap  penurunan tekanan yang relatif lebih rendah[27].

## Analisa Numerik
Beberapa model dibuat dan dianalisis menggunakan Solidworks  Flow  Simulation,  komputasi  fluida dinamika  komersial  (CFD)  berdasarkan  metode volume hingga. Solidworks Flow  Simulation Solver mampu  menganalisis  aliran  laminar  dan  turbulen menggunakan  persamaan  Navier-Stokes  rata-rata Reynolds. Menggunakan persamaan transportasi yang sama  untuk  aliran  laminar  dan  turbulen  yang memberikan  fleksibilitas  untuk  menggunakannya dalam  aliran  transisi  juga  Turbulensi  dalam  aliran diperlakukan  menggunakan  energi  kinetik  turbulen (k)  dan  laju  disipasi  turbulensi  (e)  menggunakan model turbulensi k-e standar. Adapun tujuan kajian ini adalah untuk menyelidiki perpindahan panas turbulen saluran pendingin internal dengan perforated groove V- rib dengan diameter lubang perforasi yang berbeda yang  ditunjukan  dalam  korelasi  baru  untuk  rasio peningkatan  jumlah  bilangan  Nusselt,  rasio  faktor gesekan Darcy. Saluran yang diuji dirancang sebagai saluran persegi panjang dengan perforated groove V- rib  yang  ditempatkan  di  dinding  bawah  saluran persegi  Panjang.  Menjelaskan  kinerja  termal keseluruhan  untuk  semua  kasus  berdasarkan  model turbulensi  k-ω,  detail  aliran  untuk  memberikan penjelasan fisik.

## 2.  Metode

## Kondisi Batas
Pada kajian ini aliran model seperti Gambar 1 adalah aliran  internal,  yaitu  aliran  di  dalam  model,  kondisi batas aliran: pada sisi inlet model dan outlet diketahui. Model  dikenakan  sifat  aliran  dinamis  yaitu,  arah aliran arah aksial. Pada saluran masuk (Z=0) dimana panjang  pemanas  (L1  =  1000  mm)  dikenakan kecepatan seragam mulai dari 0,943 m/s, 0,4 m/s, 0,8 m/s  1  m/s,  5m/s,  10  m/s,  15  m/s  dan  20  m/s. Temperatur  fluida  30  oC,  Tekanan  pada  sisi  outlet adalah  tekanan  atmosfir  101325  Pa.  Dengan pembangkitan  kalor  tetap  sebesar  1000  Watt didinding  bawah.  Parameter  penelitin  dapat  dilihat pada table 1
Gambar 1 . Bentuk V-Perforated Groove rib
Tabel 1 . Parameter uji
No  Parameter Range 1 Sudut Serang (α)  60 o 2 Jarak relative
(P/e) 6
3 Rasio luasan terbuka (β) 4 Relative block height (e/H) 0.25, 5 Bilangan Reynold 2000,  4000,  6000, 8000,10.000, 12.000, 14.000, 16.000, 18.000, Mesh Perhitungan dilakukan dengan menggunakan perangkat  lunak  CFD  komersial  SOLIDWORKS. Simulasi  Aliran  menerapkan  persamaan  Navier- Stokes, yang merupakan formulasi massa, momentum dan  hukum  konservasi  energi  untuk  aliran  fluida. Persamaannya  dilengkapi  oleh  persamaan  keadaan fluida  mendefinisikan  sifat  fluida,  dan  oleh dependensi empiris dari densitas fluida, viskositas dan konduktivitas  termal  pada  suhu.  Simulasi  Aliran menggunakan  persamaan  transportasi  untuk  energi kinetik  turbulen  dan  laju  disipasinya  model  k-ε. Simulasi Aliran menggunakan satu sistem persamaan untuk  menggambarkan  laminar  dan  turbulen mengalir.

## Persamaan energi
  .  u   0 (1)
Persamaan momentum
    ( . ) . T T u u pI u u                (2)
di mana:
2 t k C      (3)
Persamaan Energi   . . p C u T k T Q
      (4)
Persamaan energi kinetic turbulen
  . K T u k k p k                        (5)

## Persamaan disipasi ε
  2 1 2 . K T u Ce p Ce k k   
  
                     (6)
di mana:
  2 : . 3 T k t P u u u k u              (7) 1 2 0, 09 1 1,3 1, 44 1,92 k C Ce Ce         
Koefisien perpindahan panas
"
b q h T T    (8)
Bilangan Nusselt
h h D Nu k  (9)
Bilangan Reynold
Re h Um D    (10)
Nu = 0,023 Re0,8 Pr 0,4                                          (11)
Penguatan perpindahan panas
o Nu Nu   (12)
Faktor  gesekan  Darcy  (f)  dihitung  diakibatkan  oleh penurunan  tekanan  gesekan  sepanjang  saluran memiliki rib:
2 1 2 H m D P f L U   
            (13)

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Perbandingan hasil
Langkah  pertama  yang  dilakukan  dalam  kajian  ini adalah  memastikan  keadalan  software  dengan memeriksa  kode  komputer  dan  keakuratan  metode numerik yang dilakukan. Untuk saluran menggunakan  aliran  turbulen  didalam  saluran segiempat  mulus  tanpa  menggunakan  rib,  dengan kombinasi bilangan Reynold 2000, 4000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000. Dengan pemberian kalor 1000 Watt yang dibagian dasar saluran, kondisi udara pada saluran  masuk  temperatur 30 oC dan dan tekanan 1 atm.  Seperti  yang  diamati  pada  bilangan  Reynold tersebut,  menunjukkan  kedekatan  hasil  yang  baik. Variasi bilangan Nusselt vs. bilangan Reynolds juga diprediksi  saluran  mulus  dan  dibandingkan  dengan korelasi empiris Dittus-Boelter (Gbr. 2).
Gambar 2 . Perbandingan hasil perhitungan Numerik dan persamaan Dittus boelter
Pengaruh  diameter  nozzle  terhadap  perpindahan panas
Untuk  memperlihatkan  pengaruh  diameter  lubang perforasi  pada  perpindahan  panas,  variasi  bilangan Nusselt  dengan  bilangan  Reynolds  mulai  Re  2179, 4810,  7553,  10243,  12969,  15670,  18373  untuk diameter yang berbeda (d) 2, mm, 3mm, 4mm, 5mm untuk  nilai  tetap  parameter  lain  yaitu,  tinggi penyumbatan  relatif  (e/H)  0,4,  pitch  rasio  (p/e)  =  6
Gambar 1 sudut serang tetap (α)= 60 o dan rasio area terbuka (b) 10% . Seperti yang terlihat pada Gambar 3.  Nilai  bilangan  Nusselt  maksimum  terjadi  pada diameter  nozzle  d  =  3  mm  yaitu  dengan  nilai minimum  sebesar  66,82  dan  maksimum  156,51 sedangkan Nilai Nu pada diameter nozzle 2 mm nilai minimum  sebesar  52,11  dan  maksimum  sebesar 131,24  untuk  bilangan  Reynolds  yang  diamati. Bilangan  Nusselt  meningkat,  mencapai  maksimum, dan kemudian menurun dengan menurunnya diameter nozzle.  Variasi  bilangan  Nusselt  ini  mungkin disebabkan karena: variasi dalam pencampuran fluida dan kekuatan serta lokasi reattachment aliran dari jet yang keluar dari nozzle. Distribusi perpindahan panas untuk  saluran  persegi  dengan  rib  menunjukkan rentang variasi koefisien perpindahan panas rata-rata yang besar dibandingkan dengan saluran yang tanpa hambatan  karena  adanya  interaksi  aliran  sekunder yang  memotong  aliran  utama  selain  itu,  koefisien perpindahan  panas  rata-rata  pada  rib  ternyata  lebih tinggi dari pada  permukaan tanpa rib. Ketika bilangan Reynolds meningkat, pertukaran termal naik di mana hambatan  aliran  permukaan  menjadi  penting. Pencampuran  lateral  cenderung  meningkat  karena adanya  nozzle  dan  groove.  Namun,  pencampuran lateral  jet  juga  cenderung  melemahkan  kecepatan aksial  menyebabkan  intensitas  arus  pencampuran semakin  besar.  Terlihat  bilangan  Nusselt  meningkat karena  peingkatan  diameter  lubang  nozzle  yang dihasilkan dalam pencampuran jet sebelah yang lebih kuat.  Penurunan  lebih  lanjut  terjadi  pada  diameter nozzle  2  mm  tampaknya  melemah  intensitas reattachmen t  menghasilkan  sedikit  penurunan bilangan Nusselt dalam rentang diameter nozzle.
Gambar 3 . Bilangan Reynold vs bilangan Nusselt
Pengaruh diameter rib terhadap koefisien gesekan
Gambar 4 . Bilangan Reynold vs Koefisien gesek
Peningkatan perpindahan panas di saluran yang kasar biasanya  disertai  dengan  peningkatan  penurunan tekanan,  analisis  kinerja  yang  komprehensif  harus mencakup dampak dari rib turbulator pada penurunan tekanan  saluran  [26],  [27]  Gambar  4,  menunjukkan pengaruh  diameter  nozzle  pada  faktor  gesekan  rata- rata.  Keberadaan  rib  pada  saluran  menghasilkan faktor  gesekan  tinggi  dari  pada  saluran  tanpa hambatan  karena  rusuk  menghasilkan  drag  tekanan yang  disebabkan  oleh  perbedaan  tekanan  antara permukaan  depan  dan  belakang  rusuk.  Hambatan tekanan atau gesekan berhubungan dengan intensitas turbulen terutama oleh resirkulasi.
Dengan kata lain, faktor gesekan pada saluran dengan rib  yang  menghasilkan  zona  resirkulasi  besar  tinggi dan menjadi berkurang dengan berkurangnya ukuran zona  resirkulasi.  Diantara  rib  yang  diperhatikan, diameter nozzle 3 mm menghasilkan faktor gesekan tertinggi  sementara  diameter  nozzle  5  mm menghasilkan  gesekan  terendah.  Perhatikan  bahwa faktor  gesekan  permukaan  tanpa  rib  menunjukan koefisien gesekan yang terendah
Pengaruh  diameter  nozzle  terhadap  penguatan perpindahan panas (Nu/Nuo)
Perpindahan  panas  yang  terjadi  pada  saluran segiempat hampir identik di bagian bawah atau atas dinding  saluran  untuk  fluida  gas,  di  mana  efek gravitasi  dapat  diabaikan.  Bilangan  Normalisasi Nusselt (Nu/Nuo) adalah parameter yang digunakan untuk  memprediksi  penurunan  heat  transfer  pada saluran. Umumnya, penggunaan rib di dalam saluran adalah  untuk  meningkatkan  laju  perpindahan  panas dibandingkan dengan saluran tanpa rib. Jika Bilangan Normalisasi Nusselt. (Nu/Nuo) kurang dari 1 berarti perpindahan  panasnya  buruk.  Sebaliknya,  jika  lebih besar  dari  1,  kinerja  perpindahan  panas  lebih  baik. Dari  Gambar  3  terlihat  peningkatan  penguatan perpindahan  panas  tertinggi  sebesar  283.80  %  pada diameter  3  mm  pada  Re  4000,  secara  umum  terjadi penguatan perpindahan panas rata-rata 159,17% pada diameter  2  mm,  211,09%  pada  diameter  3  mm, 180,23%  pada  diameter  4mm,  169.59%  diameter  5 mm.  Dari  Gambar  5  nilai  Nu/Nuo  menunjukan
kecendrungan  terjadinya  penguatan  perpindahan panas pada saluran yang memiliki rib, relatif terhadap saluran  tanpa  menggunakan  rib  dengan  area perpindahan panas dan laju aliran massa yang sama. Tingkat  peningkatan  perpindahan  panas  menurun dengan Re, seperti yang biasanya terjadi pada saluran yang kasar hal ini sesuai dengan pernyataan [30].
Pada bilangan Reynolds tertinggi nilai, efek diameter pada  kinerja  perpindahan  panas  menjadi  kurang terlihat dan Nu/Nuo sangat dekat dengan satu (dengan demikian  menunjukkan  tidak  ada  peningkatan perpindahan panas di bawah daya pemompaan yang sama. Kinerja termal saluran dinding berib umumnya lebih  tinggi  daripada  saluran  dinding  tanpa menggunkan rib
Gambar 5 . Penguatan perpindahan panas (Nu/Nuo) versus bilangan Reynolds .
Gambar 6 .Visualisasi aliran pada saluran
Pada Gambar 6 terlihat visualisasi bagaimana nozzle meningkatkan pencampuran lateral antar lubang. Efek yang sesuai dari diameter nozzle pada faktor gesekan. Kehadiran  rib  cenderung  mengganggu  aliran  dan karenanya  menghasilkan  faktor  gesekan  yang  lebih tinggi. Variasi bilangan Nusselt dengan luas terbuka rasio  lubang  perforasi  dan groove untuk  nilai  sudut serang  α  =  60 o ,  tinggi  penyumbatan  relative  e/H  = 0,25  dan  pitch  rasio  p/e  =  6.  Bilangan  Nusselt meningkat  seiring  dengan  meningkatnya  rasio  area terbuka  hal  ini  sesuai  dengan  pernyataan  [1],  dan bilangan  Nusselt  menurun  dengan  penurunan  rasio area  terbuka  yaitu  pada  diameter  2  mm.  Tingkat pencampuran dan turbulensi yang lebih tinggi seiring
bertambahnya area, tetapi ini terjadi hingga rasio area terbuka tertentu di luar mana pengurangan kecepatan fluida yang keluar dari perforasi akan menyebabkan turbulensi berkurang. Oleh karena itu, terdapat yang optimal nilai rasio area terbuka

## 4. Kesimpulan
Kajian  numerik  yang  telah  dilakukan  ini  telah menghasilkan  gambaran-gambaran  tentang  hal-hal yang  mempengaruhi  perpindahan  panas,  penurunan tekanan  dan  penguatan  perpindahan  panas  yang terjadi  didalam  saluran  segiempat  dimana  dinding dasarnya dibuat kasar dengan memasang rusuk yang berperforasi  pada  rentang  bilangan  Reynold  mulai dari 2000 < Re< 20000.  Hasilnya dapat dilihat adanya efek  dari  kontruksi  rusuk  berforasi  terhadap perpindahan  panas  yang  diwakilkan  oleh  bilangan Nusselt  dan  penurunan  tekanan  oleh  koefisien gesekan. Pada rezim aliran turbulen 2000 < Re 20.000 kostruksi  rusuk  berlubang  memberikan  kenaikan bilangan  Nusselt  yang  berarti  jika  dibandingkan dengan tanpa rib. Tetapi diameter lubang nozlle 3 mm memberikan bilangan Nusselt yang lebih tinggi. Pada rezim aliran turbulen 2000 < Re < 20.000 koefisien gesek  untuk  konfigurasi  rusuk  padu  lebih  tinggi dibandingkan  rusuk  dengan  lubang.  Koefisien gesekan terendah terjadi pada rusuk dengan diameter lubang 5 mm.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Rektor UMSU melalui L2PM UMSU yang telah membiayai kajian  ini  sampai  selesai  dengan  nomor  kontrak Nomor: 159/II.3-AU/UMSU-LP2M/C/2021Berisi secara  singkat  dan  jelas  tentang:  (1)  Jawaban  yang cukup atas permasalahan atau tujuan kajian; (2) Hasil akhir yang dikemukakan harus logis dan sesuai fakta yang  diperoleh;  (3)  Implikasi  atau  saran  (saran merupakan  kajian  lanjutan  yang  dirasa  masih diperlukan untuk penyempurnaan hasil kajian supaya berdaya  guna).  Sebaiknya  dituliskan  dalam  bentuk paragraf, bukan dalam bentuk item list/numbering.

## Daftar Pustaka
[1] Alam,  T.,  Saini,  R.  P.,  &  Saini,  J.  S.  (2014c). Heat and flow characteristics of air heater ducts provided with turbulators - A review. Renewable and  Sustainable Energy  Reviews, 31, 289–304. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.11.050
[2] Ravi, B. V., Singh, P., & Ekkad,  S. V. (2017). Numerical  investigation  of  turbulent  flow  and heat  transfer  in  two-pass  ribbed  channels. International Journal of Thermal Sciences, 112, 31–43. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2016.09.0 34
[3] Liu, J., Hussain, S., Wang, J., Wang, L., Xie, G., & Sundén, B. (2018). Heat transfer enhancement and turbulent flow in a high aspect ratio channel (4:1)  with  ribs  of  various  truncation  types  and
arrangements.  International  Journal  of  Thermal Sciences, 123, 99–116. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2017.09.0 13
[4] G. Singh, T. Sundarajan, K.A. Bhaskaran. 2013, “Mixing  and  entertainment  characteristics  of circular  and  noncircular  confined  jets.”  Journal of  fluids  Engineering,  Transaction  of  The ASME, Vol. 125, 835-842.
[5] Singh, P., Ravi,  B. V., &  Ekkad, S. V. (2016). Experimental  and  numerical  study  of  heat transfer due to developing flow in a two-pass rib roughened square duct. International Journal of Heat  and  Mass  Transfer,  102,  1245–1256. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.201 6.07.015
[6] Nuntadusit, C., Wae-hayee, M., Bunyajitradulya, A.,  &  Eiamsa-ard,  S.  (2012).  Thermal visualization  on  surface  with  transverse perforated ribs. International Communications in Heat  and  Mass  Transfer,  39(5),  634–639. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.201 2.03.001
[7] Menni,  Y.,  Azzi,  A.,  &  Chamkha,  A.  (2019). Enhancement  of  convective  heat  transfer  in smooth  air  channels  with  wall-mounted obstacles in the flow path: A review. Journal of Thermal  Analysis  and  Calorimetry,  135(4), 1951–1976. https://doi.org/10.1007/s10973- 018-7268-x
[8] Maradiya, C., Vadher, J., & Agarwal, R. (2018). The  heat  transfer  enhancement  techniques  and their  Thermal  Performance  Factor.  Beni-Suef University  Journal  of  Basic  and  Applied Sciences, 7(1), 1–21. https://doi.org/10.1016/j.bjbas.2017.10.001
[9] Bhosale,  S.  Y.,  &  Selokar,  G.  R.  (2020). Experimental  examination  of  heat  transfer characteristics  of  non  conventional-truncated stepped  grooved  ribs.  International  Journal  of Scientific and Technology Research, 9(2), 276–
282. Retrieved
from https://www.scopus.com/inward/record.uri?part nerID=HzOxMe3b&scp=85079618153&origin =inward
[10] Luo, M., He, Y., Sun, R., Xue, S., & Yang, W.
(2018).  Experimental  Study  on  Heat  Transfer Characteristics of High Blockage Ribs Channel. Nanjing Hangkong Hangtian Daxue
Xuebao/Journal  of  Nanjing  University  of Aeronautics  and  Astronautics,  50(4),  471–476. https://doi.org/10.16356/j.1005-
2615.2018.04.007
[11] Kumar,  A.,  Layek,  A.,  &  Kumar,  D.  (2020). Effect  of  relative  roughness  pitch  on  the performance  evaluation  of  a  solar  air  heater roughened  with  chamfered  rib  and  groove roughness  on  the  surface  plate  using  CFD technique.  AIP  Conference  Proceedings,  Vol. 2273. https://doi.org/10.1063/5.0024246
[12] Gawande, V. B., Dhoble, A. S., Zodpe, D. B., & Fale,  S.  G.  (2020).  Thermal  performance evaluation  of  solar  air  heater  using  combined square  and  equilateral  triangular  rib  roughness. Australian  Journal  of  Mechanical  Engineering,
18(2), 234–244. https://doi.org/10.1080/14484846.2018.151998 6
[13] Zheng, D., Wang, X., & Yuan, Q.  (2019). The flow  and  heat  transfer  characteristics  in  a rectangular  channel  with  convergent  and divergent slit ribs. International Journal of Heat and Mass Transfer, 141, 464–475. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.201
9.06.060
[14] Liu,  J., Hussain, S., Wang, W., Wang, L., Xie, G.,  &  Sundén,  B.  (2019).  Heat  transfer enhancement and turbulent flow in a rectangular channel using perforated ribs with inclined holes. Journal of Heat Transfer, 141(4). https://doi.org/10.1115/1.4042841
[15] Rasool,  A.,  &  Qayoum,  A.  (2018).  Numerical investigation of fluid flow and heat transfer in a two-pass channel with perforated ribs. Pertanika Journal of Science and Technology, 26(4), 2009– 2029.
[16] Liou,  T.  M.,  &  Chen,  S.  H.  (1998).  Turbulent heat  and  fluid  flow  in  a  passage  disturbed  by detached  perforated  ribs  of  different  heights. International Journal of Heat and Mass Transfer, 41(12),
1795–1806. https://doi.org/10.1016/S0017-9310(97)00242-1
[17] Kim, Y. J., Choi, S. M., Park, H. S., Kim, S. W., Jung,  E.  Y.,  Park,  J.  S.,  &  Cho,  H.  H.  (2019). Heat  transfer  characteristics  of  the  rib  angle  in the  pin-fin  cooling  combined  with  perforated blockage. Transactions of the Korean Society of Mechanical  Engineers,  B,  43(7),  453–461. https://doi.org/10.3795/KSME-B.2019.43.7.453 [18] Zhu,  Q.  H.,  Cui,  M.,  &  Gao,  X.  W.  (2016). Enhanced heat transfer characteristics in a large aspect  ratio  rectangular  channel  with  inclined perforated rib. Hangkong
Dongli Xuebao/Journal  of  Aerospace  Power,  31(4), 780–787. https://doi.org/10.13224/j.cn
[19] Buchlin, J. M. (2002). Convective heat transfer in  a  channel  with  perforated  ribs.  International Journal  of  Thermal  Sciences,  41(4),  332–340. https://doi.org/10.1016/S1290-0729(02)01323-6
[20] Dai,  Y.,  Tyacke,  J.,  &  Tucker,  P.  (2015).  Rib shape  effects  on  heat  transfer  performance  in internal cooling passages. 53rd AIAA Aerospace
Sciences Meeting. https://doi.org/10.2514/6.2015-0351 [21] Alam, T., Saini, R. P., & Saini, J. S. (2014d). Use of  turbulators for  heat transfer augmentation in an air duct  - A review. Renewable Energy, 62,
689–715. https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.08.024
[22] Dutta, P., & Hossain, A. (2005). Internal cooling augmentation  in  rectangular  channel  using  two inclined  baffles.  International  Journal  of  Heat and Fluid Flow, 26(2), 223–232. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2004.0 8.001 [23] Alam,  T.,  Saini,  R.  P.,  &  Saini,  J.  S.  (2014b). Experimental  investigation  on  heat  transfer enhancement due to V-shaped perforated blocks in a rectangular duct of solar air heater. Energy Conversion  and  Management,  81,  374–383. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.02.044
[24] Rajaseenivasan, T., Srinivasan, S., & Srithar, K. (2015). Comprehensive study on solar air heater with circular and V-type turbulators attached on absorber plate. Energy, 88, 863–873. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.07.020
[25] Alam,  T.,  Saini,  R.  P.,  &  Saini,  J.  S.  (2014a). Effect  of  circularity  of  perforation  holes  in  V- shaped  blockages  on  heat  transfer  and  friction characteristics  of  rectangular  solar  air  heater duct. Energy Conversion and Management, 86,
952–963. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.06.050
[26] Giovanni Tanda ,(2011), Effect of rib spacing on heat transfer and friction in a rectangular channel with 45o angled rib turbulators on one/two walls, International Journal of Heat and Mass Transfer 54, pp. 1081–1090
[27] K.  Umurani,  Muharnif  M  (2019),  Pengaruh diameter  lubang  pembangkit  vorteks  winglet melengkung, Jurnal Rekayasa Material, Manufaktur dan Energi, Vol. 2, No. 1, 84-93. https://doi.org/10.30596/rmme.v2i1.3072