基于Fluent的角磨機CFD分析及結構優化

洪洋，林龍

（ 臺州科技職業學院，浙江臺州 318020 ）

0 引言

角向磨光機俗稱“角磨機”，是常見的電動工具產品之一，用于切割或研磨金屬與石材。角磨機體積小，轉速高（一般在32000r/min以上），作業時發熱量較大，如何在狹小的機體空間中有效提升散熱功率是技術難題。受其內部結構空間與測量方法等限制，傳統的分析與實驗方法在分析角磨機內部流場時具有較大的難度，而計算流體力學（CFD）的飛速發展則為該難題提供了新的解決方案。

1 概述

計算流體力學（CFD）是流體力學的分支，由于具有成本低和能模擬較復雜或較理想的過程等優點已經在航天設計、汽車設計、生物醫學等諸多工程領域得到了廣泛應用[2]。在電動工具領域，CFD技術也有了成功應用的案例，楊闖、林淑芳等在設計園林吹風機時成功應用CFD技術[3]，劉正偉則使用CFD技術優化角磨機風扇設計提升送風效率[1]，王典則對比了各流體力學分析軟件在電動工具領域的應用特點[4]。

本文基于Fluent軟件對某型號角磨機內部流場進行CFD分析，根據分析結果對軸承壓蓋與出風口進行結構優化，并進行對比分析。

2 數學模型

在正常工況下，角磨機內部為三維定常湍流流動，故選用標準的k-ε湍流模型進行計算。標準k-ε湍流模型是一個半經驗公式，基于湍流動能和擴散率，因而只對完整的湍流流場有效，方程如式（1）和式（2）所示[5]。

式中，Gk為層流速度梯度產生的湍流動能，Gb為浮力產生的湍流動能，Yk為在可壓縮湍流中過渡的擴散產生的波動，C1ε、C2ε、C3ε為常量，σk和σε為k方程和ε方程的湍流Prandtl數，Sk和Sε為用戶定義。……