卷烟燃烧过程中吸阻影响因素及数值实验

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深入了解卷烟燃烧过程中动态吸阻的影响因素是建立卷烟动态吸阻模型的关键。为了探究卷烟燃烧过程中吸阻的影响因素,本文建立了卷烟燃烧过程中动态吸阻的表征方法,分别以标准烟3R4F、叶组配方相同的三种不同圆周卷烟为研究对象,在标准抽吸模式(ISO)下,考察了烟支在燃烧过程中,其随抽吸口数的递增,其卷烟自身物性参数和结构参数的变化,以及在有无滤嘴通风条件下,对燃烧过程中吸阻的影响因素分析。主要研究内容包括以下三个部分:  (1)建立了卷烟动态吸阻的表征方法。通过理论计算表明.在ISO标准抽吸模式下,利用线性或者非线性关系式,将其压降区域内对时间的积分值的关系式求得的吸阻值等于恒速抽吸(测试卷烟吸阻国际标准GB/T2283815-2009)状态下的吸阻值,通过实验验证,结果表明:①利用线性关系式计算吸阻值,随着卷烟圆周变小,其误差会逐渐升高,但是总体不超过10%;②利用非线性关系式计算吸阻值,其误差均不超过5%,得到卷烟圆周变小,烟支的压降与通过气体的流速之间存在一定的非线性的结论。  (2)通过卷烟动态吸阻的表征,考察了卷烟燃烧过程中温度对逐口抽吸过程中吸阻的影响,以及不同圆周,丝束对烟气的截留、有无滤嘴通风条件下对卷烟吸阻的影响。通过实验表明:①在卷烟燃烧过程中,烟支总吸阻随着抽吸口数的递增,整体呈现先上升、后下降,最后在再次上升的变化趋势;②通过利用N2焖灭燃烧锥的方式,发现随着抽吸口数的递增,烟支吸阻呈现先上升,后逐渐下降的趋势;③在焖灭状态下,卷烟抽吸过程中,逐口的吸阻值会比燃烧过程中要低,这表明卷烟燃烧过程中,温度对烟支吸阻的贡献比较大;④当卷烟圆周变小时,其燃烧过程中的动态吸阻会逐渐增大;⑤在有滤嘴通风的条件下,卷烟燃烧过程中的动态吸阻会整体降低,同时也会降低卷烟燃烧锥的温度,这表明滤嘴通风对卷烟燃烧过程中吸阻的降低具有双重效应。⑥在滤嘴通风或者无通风条件下,丝束对烟气的截留引起卷烟滤嘴段吸阻的变化不明显,可以忽略不计。  (3)基于对卷烟燃烧过程中动态吸阻的影响因素的考察,建立了卷烟在未然状态下,卷烟在燃烧后,形成燃烧锥的焖灭状态下以及燃烧过程中的吸阻模型(不考虑滤嘴通风的影响)。通过模型的建立与实际的验证结果表明:①未燃烧状态下,其卷烟总吸阻的线性模型的误差均不超过10%,而在非线性的模型计算下其误差均不超过6%,这说明利用非线性模型能够有效提高结果的准确度;②在焖灭状态下,其模型的误差来源于吸阻表征的误差,其吸阻的误差不超过10%;③在燃烧状态下,通过温度的表征,将焖灭过程与燃烧过程中相联系,其吸阻模型的误差不超过9%;④卷烟滤嘴段的吸阻模型的误差不超过5%,在卷烟滤嘴通风打孔后,将模型进行简化,简化后的模型误差与原来相比不超过1%,通过从模型可以考察卷烟滤嘴段在打孔之后的流速与压降分布情况。
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