Tugas 24. Bagaimana mekanisme dan hubungan empiris untuk perpindahan kalor konveksi alami pada plat dan silinder vertikal serta pada plat dan silinder horizontal? Jawaban :a. Konveksi-Alami Pada Plat Rata VertikalPersamaan tak berdimensi untuk koefisien perpindahan kalor adalah:(20)

Tebal lapisan batas pada plat dapat dicari dengan menggunakan:(21)

dimana angka Prandtl Pr=v/ digunakan bersama suatu grup tak berdimensi yang disebut angka Grashof Grx. Bilangan Grashof digunakan untuk menghubungkan data konveksi alami, yaitu (22)

b. Konveksi-Alami Pada Bidang dan Silinder Vertikal Konveksi bebas pada plat dan silinder datarDalam sistem bidang datar vertikal, kalor dipindahkan dari bidang vertikal ke sebuah fluida yang bergerak paralel dengan konveksi alamiahnya. Peristiwa ini hanya terjadi ketika fluida yang bergerak sedikit terkena efek gaya konveksi. Kita dapat menganggap fluida mengalir akibat pemanasan, korelasi berikut dapat digunakan ditambah dengan mengasumsikan fluida adalah sebuah zat diatomik ideal yang berbatasan dengan bidang vertikal bertemperatur konstan dan aliran fluida laminar. Untuk sistem vertikal, angka Grashof dan angka Nusselt dibentuk dari panjang plat L sebagai tinggi permukaan dan diameter silinder, D sebagai dimensi karakteristik. Untuk permukaan yang isotermal, rumus perpindahan kalor sama antara plat vertikal dengan silinder vertikal(bila tebal lapisan batas tidak besar dibandingkan diameter silinder), dengan kriteria umum(23)

dengan nilai-nilai konstanta tersebut diberikan pada tabel 1 dalam. Dan rujukan angka Nusselt dari perhitungan fluks kalor bahwa rumus di bawah ini merupakan rumus yang dievaluasi dari suhu film :(24)

Percobaan-percobaan ekstensif mengenai konveksi bebas dari permukaan vertikal pada kondisi fluks kalor tetap memberikan hasil yang dinyatakan dalam angka Grashof termodifikasi(Gr*).(25)

Dimana qw adalah fluks kalor dinding. Maka koefisien perpindahan kalor lokal untuk aliran laminar dikorelasikan oleh hubungan berikut. (26)

Semua perhitungan dalam kasus ini dilakukan dan diamati pada lapisan local boundary film temperature.Churchill dan Chu menunjukkan bahwa kita bisa menerapkan suatu persamaan untuk kasus permukaan dengan fluks suhu konstan ini jika bilangan nusselt rata rata nya berdasarkan pada fluks panas pada dinding dan perbedaan temperatur pada bagian tengah plat(x=L/2), maka hasilnya adalah:Konveksi Alamiah pada Silinder Horizontal(27)

Pada silinder horisontal, persamaan Nusselt yang lebih kompleks dapat digunakan, yaitu:(28)

Persamaan yang lebih sederhana dapat juga digunakan tetapi berlaku hanya pada aliran laminar dari 10-6 < Gr.Pr < 109.(29)