CN106324181B - 一种用于卷烟燃吸过程中瞬时燃烧速率的测定方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于卷烟燃吸过程中瞬时燃烧速率的测定方法，其特征在于：包括以下五大步骤：a、卷烟样品的制备；b、温度分布数据的采集；c、燃烧锥特征温度T0.5的提取；d、卷烟瞬时燃烧速率的计算；e、单口烟丝消耗量的计算。本发明的测定方法具有如下优点：准确性较高，能真实反映燃吸过程中卷烟内部的燃烧状态，且能获得燃烧线推进的距离，从而得到一次抽吸参与反应的烟丝的量。

Description

一种用于卷烟燃吸过程中瞬时燃烧速率的测定方法
技术领域
本发明涉及一种卷烟燃烧性能的测定方法，具体是一种用于卷烟燃吸过程中（抽吸和阴燃）瞬时燃烧速率的测定方法。
背景技术
卷烟燃烧速率是影响卷烟抽吸口数、燃烧状态以及烟气质量的重要因素。卷烟瞬时燃烧速率是指卷烟在静燃或抽吸过程中，燃烧线沿卷烟轴向推进的瞬时速度，单位为mm/s。目前关于卷烟燃烧速率方面的研究多偏向于静燃速率，且目前尚无CORESTA推荐方法、ISO标准以及国内标准，常用的卷烟静燃速率测定方法有以下3种：（ 1）棉线法，即在相距40mm 的微动开关上缠绕棉线，当卷烟燃烧线到达棉线所在位置时，棉线被烧断，微动开关弹出，以此来确定起止时间，根据 ISO 3612-1977( 废止 )《 Tobacco and tobaccoproducts; Cigarettes; Determination of rate of free combustion》，使用卷烟燃烧速度测定仪；（2）利用视觉传感器对卷烟的燃烧速度进行采集，如专利 ZL200820080422.6《 一 种卷烟静燃速度测定仪》，此方法具体是利用视觉传感器检测卷烟表面固相温度或燃烧线位置，利用静燃过程中一定表面固相温度点或燃烧线的移动速度来计算卷烟的静燃速率。（ 3）利用两支热电偶检测卷烟中轴线静燃温度，根据两支热电偶之间的距离以及达到温度最大值的时间差，计算静燃速率，如专利201210060687.9《一种用于卷烟燃烧烟支静燃速率的测定方法》。
上述三种方法测定的均为静燃过程中的平均燃烧速率，很难测出瞬时的静燃速率，对于抽吸过程中的瞬时燃烧速率更不能得到。本发明针对以上问题结合201210060868.1《一种用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法》，发明一种卷烟瞬态燃烧速率的测定方法。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有方法存在的问题，提出一种能够真实反映卷烟燃烧状态的卷烟瞬时燃烧速率测定方法，该方法检测结果准确性较高，能真实反映燃吸过程中卷烟内部的燃烧状态，且能获得燃烧线推进的距离，从而得到一次抽吸参与反应的烟丝的量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的 ：本发明的用于卷烟瞬时燃烧速率的测定方法包括以下步骤 ：
a、卷烟样品的制备，将样品单层均匀地放置于温度为22±2℃，相对湿度为60±5%的环境中，平衡调节水分48h，使用多功能物理性能测试台测量卷烟样品的平均质量和平均吸阻，挑选平均质量±10mg，平均吸阻±49Pa范围内的合格卷烟样品，取若干支备用。
b、温度分布数据的采集，根据专利201210060868.1《一种用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法》，将卷烟沿半径等分为若干个深度梯度，每个深度的轴向设置不低于8个检测点，等距间隔且不低于2mm，以温度为基准启动吸烟机抽吸，检测卷烟燃吸过程中气相温度分布数据 ；
c、燃烧锥特征温度T0.5的提取，通过具有编程功能的数值处理软件（如MATLAB）对原始温度分布数据进行差值重构可以得到更丰富的温度分布信息，同时利用改进后的R-R分布方程（1）（Li Bin, I&ECR, 2014）可以得到燃烧锥温度分布特征参数，从而得到燃烧锥特征温度T0.5，其中特征温度T0.5表示体积占燃烧锥体积即全部200℃以上累积体积50%时的温度：
（1）
式中：V表示在温度T以上的累积体积，mm3；V 0 表示燃烧锥的体积，即200℃以上的体积；T s 表示燃烧锥体积占全部200℃以上累积体积36.8%时的温度；N为分布参数；T max 为检测获得的燃烧锥最高温度,℃。
d、卷烟瞬时燃烧速率的计算，以燃烧锥内部温度为特征温度T0.5的点移动情况来表征卷烟瞬态燃烧速率，假设卷烟水平放置从左侧开始燃烧，在t1时刻燃烧锥的特征温度为T‘ 0.5，寻找到点A的温度为T‘ 0.5，下一时刻t2，在A点右侧附近必然存在一点B，它的温度恰好为特征温度T‘’ 0.5，此刻卷烟瞬时燃烧速率，单位 mm/s。
e、单口烟丝消耗量的计算，对抽吸过程中卷烟瞬时速率积分计算，可以得到燃烧线向前推进的距离，从而可以得到单口所消耗烟丝的体积与质量。
本发明的测定方法具有如下优点 ：
（ 1）提供了一种可用于检测卷烟静燃和抽吸过程中瞬时燃烧速率的测定方法；
（ 2）可以得到燃烧线向前推进的距离，获得一次抽吸参与反应的烟丝的量；
（ 3）测试结果能够真实反映卷烟内部燃烧状态。
附图说明
图 1 是卷烟燃吸示意图。
图 2 是ISO标准抽吸模式下，3R4F卷烟燃烧锥特征温度T0.5随抽吸时间的变化曲线。 图 3 是ISO标准抽吸模式下抽吸流速和3R4F卷烟瞬时燃烧速率变化曲线。
具体实施方式 本发明以下将结合附图对测定方法做进一步说明 ：
a、将卷烟样品单层均匀地放置于温度为22±2℃，相对湿度为60±5%的环境中，平衡调节水分48h，使用多功能物理性能测试台测量卷烟样品的平均质量和平均吸阻，挑选平均质量±10mg，平均吸阻±49Pa范围内的合格卷烟样品，取20支备用。
b、温度分布数据的采集，根据专利201210060868.1《一种用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法》，将卷烟沿半径等分为5个深度梯度，每个深度有8个温度检测点，等距间隔2mm，以温度为基准启动吸烟机抽吸，将8根热电偶固定在同一模块上，一次实验可以得到同一深度梯度的8个检测点的温度数据，其中每个深度重复3次 ；
c、燃烧锥特征温度T0.5的提取，利用MATLAB对原始温度分布数据进行差值重构得到更丰富的温度分布信息，同时利用改进后的R-R分布方程计算燃烧锥温度分布特征参数，从而得到燃烧锥特征温度T0.5（见图2），其中特征温度T0.5表示体积占燃烧锥体积即全部200℃以上累积体积50%时的温度；
d、卷烟瞬时燃烧速率的计算，以燃烧锥内部温度为T0.5的点移动来表征卷烟瞬态燃烧速率，假设卷烟水平放置从左侧开始燃烧（见图1），在t1时刻燃烧锥的特征温度为T‘ 0.5，寻找到点A的温度为T‘ 0.5，下一时刻t2，在A点右侧附近必然存在一点B，它的温度恰好为特征温度T‘’ 0.5，此刻卷烟瞬时燃烧速率，单位 mm/s。图 3 表示ISO标准抽吸模式下抽吸流速和3R4F卷烟瞬时燃烧速率，从图3可以看出卷烟瞬时燃烧速率与抽吸曲线有着较强的相关性，静燃速率（-2-0s）约为0.074 mm/s，抽吸过程中最大的燃烧速率（1s）可达1.24mm/s，是静燃速率的16.7倍， 。表 1 为本方法与棉线法、两支热电偶法所测卷烟静燃速率对比。
e、单口烟丝消耗量的计算，对ISO抽吸模式、3R4F卷烟而言，对抽吸过程中卷烟瞬时速率经积分计算，得到燃烧线向前推进的距离1.4mm，所消耗的烟丝体积为17.06 mm3，质量约0.018g。
表1
测定方法 卷烟静燃速率（mm·s-1）
本方法 0.0740
棉线法 0.0750
两支热电偶法 0.0757

Claims (3)

1.一种用于卷烟燃吸过程中瞬时燃烧速率的测定方法，其特征在于：包括以下步骤 ：
a、卷烟样品的制备，挑选合格卷烟样品，取若干支备用，
b、温度分布数据的采集，根据专利201210060868.1《一种用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法》，将卷烟沿半径等分为5个深度梯度，每个深度的轴向检测点等距间隔，且不低于8个，以温度为基准启动吸烟机抽吸，检测卷烟燃吸过程中气相温度分布数据；
c、燃烧锥特征温度T0.5的提取，通过具有编程功能的数值处理软件对原始温度分布数据进行差值重构得到更丰富的温度分布信息，同时利用改进后的R-R分布方程计算燃烧锥温度分布特征参数， 从而得到燃烧锥特征温度T0.5，其中特征温度T0.5表示体积占燃烧锥体积即全部200℃以上累积体积50%时的温度；所述改进后的R-R分布方程如下：
式中：V表示在温度T以上的累积体积，mm3；V 0 表示燃烧锥的体积，即200℃以上的体积；T s 表示燃烧锥体积占全部200℃以上累积体积36.8%时的温度；N为分布参数；T max 为检测获得的燃烧锥最高温度；
d、卷烟瞬时燃烧速率的计算，以燃烧锥内部温度为特征温度T0.5的点移动情况来表征卷烟瞬态燃烧速率，假设卷烟水平放置从左侧开始燃烧，在t1时刻燃烧锥的特征温度为T‘ 0.5，寻找到点A的温度为T‘ 0.5，下一时刻t2，在A点右侧附近必然存在一点B，它的温度恰好为特征温度T‘’ 0.5，此刻卷烟瞬时燃烧速率，单位 mm/s；
e、单口烟丝消耗量的计算，对抽吸过程中卷烟瞬时速率积分计算，可以得到燃烧线向前推进的距离，从而可以得到单口所消耗烟丝的体积与质量。
2.根据权利要求1所述的用于卷烟燃吸过程中瞬时燃烧速率的测定方法，其特征在于：步骤a中的挑选合格卷烟样品的过程如下：将样品单层均匀地放置于温度为22±2℃，相对湿度为60±5%的环境中，平衡调节水分48h，使用多功能物理性能测试台测量卷烟样品的平均质量和平均吸阻，挑选平均质量±10mg，平均吸阻±49Pa范围内的合格卷烟样品。
3.根据权利要求1所述的用于卷烟燃吸过程中瞬时燃烧速率的测定方法，其特征在于：所述具有编程功能的数值处理软件选用MATLAB。
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