CN108279256B - 一种基于温度质心的卷烟瞬时燃烧速率表征方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于温度质心的卷烟瞬时燃烧速率表征方法，其特征在于：包括以下具体步骤：a、卷烟样品制备；b、卷烟内部温度分布数据的采集；c、卷烟燃烧锥温度质心的提取；d、卷烟瞬时燃烧速率的计算。本发明的突出特点在于：(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)提出了温度质心的概念，且该温度质心概念物理意义明确，计算简便、计算结果准确性较高，能够真实反映燃吸过程中卷烟内部燃烧状态。

Description

一种基于温度质心的卷烟瞬时燃烧速率表征方法
技术领域
本发明涉及一种卷烟燃烧性能的测定方法，具体是一种基于温度质心的卷烟瞬时燃烧速率表征方法。质心是指物质系统上被认为质量集中于此的一个假想点。本发明将质心计算的加权函数由密度改为温度，找到卷烟燃烧锥(空间温度体)中温度集中于某假想点即温度质心，以温度质心的移动来代表燃烧锥的推进，计算燃烧速率。
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。目前关于卷烟燃吸过程中的瞬时燃烧速率的测定方法主要是以卷烟燃烧锥内部温度为特征温度T0.5的点的移动情况来表征卷烟的瞬态燃烧速率，如专利CN106324181A《一种用于卷烟燃吸过程中瞬时燃烧速率的测定方法》。
上述方法的主要缺点是概念特征温度T0.5的物理意义不明确，只是认为规定了此物理量而已，且计算繁琐，本质上还是一种跟踪特征温度点的方法。但此专利中所规定的特征温度点与燃烧速率的关系并不明确，物理意义不清晰，也缺乏相应理论支撑。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，该方法概念清晰，物理意义明确，计算简便且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，且能获得燃烧锥温度质心的推进距离，从而得到一次抽吸参与反应的烟丝的量，进而对烟支的燃烧状态或过程、质量研究提供数据支持。
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，挑选在平均质量±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，采样频率不低于50Hz，以温度为基准启动吸烟机抽吸，抽吸模式为ISO标准抽吸。检测卷烟燃吸过程中气相温度分布数据；
c、卷烟燃烧锥温度质心的提取：对原始温度分布数据进行差值重构得到更加丰富的温度场分布信息；以卷烟点燃端为原点，建立柱坐标系(如图1所示)，求取卷烟燃烧锥的温度质心的位置。此方法参照物体质心的求解方法，将加权函数密度改为温度，得到温度质心坐标。计算公式如下
Figure BDA0001567796440000021
式中：
Figure BDA0001567796440000022
表示燃烧锥温度质心的轴向坐标，单位mm；zi和z表示燃烧锥内单位微元体的轴向坐标，单位mm；Ti和T表示燃烧锥内单位微元体的平均温度，单位℃；r和ri表示燃烧锥内单位微元体的径向坐标，单位mm；m表示燃烧锥内单位微元体在轴向的个数；n表示燃烧锥内单位微元体在径向的个数；dr和Δr表示燃烧锥内单位微元体的径向长度，单位mm；Δz和dz表示燃烧锥内单位微元体的轴向长度，单位mm。
d、卷烟瞬时燃烧速率的计算：以卷烟燃烧锥的温度质心随抽吸时刻的变化速率表示卷烟瞬时燃烧速率，计算公式如下
Figure BDA0001567796440000023
式中：
Figure BDA0001567796440000024
表示卷烟瞬时燃烧速率，单位mm/s。
本发明的表征方法既适用于细支烟也适用于常规卷烟。
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)温度质心概念物理意义明确，测试结果能够真实反映卷烟内部燃烧状态。
附图说明
图1是卷烟柱坐标系示意图。
图2是ISO标准抽吸模式下，细支烟样品的燃烧锥温度质心随抽吸时间的变化。
图3是ISO标准抽吸模式下，对同一细支烟样品，用《一种基于用于卷烟燃烧过程中瞬时速率的测定方法》和本方法的卷烟瞬时速率计算结果的对比。
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、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、卷烟燃烧锥温度质心的提取：通过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燃烧锥的温度分布信息，对空间体质心的计算公式进行改进：
Figure BDA0001567796440000031
来求取卷烟燃烧锥的温度质心的位置分布(见图2)。
d、卷烟瞬时燃烧速率的计算：对卷烟燃烧锥的温度质心随抽吸时刻的变化率表示卷烟瞬时燃烧速率，具体即取质心位置对时间的导数(见图3)。
Figure BDA0001567796440000032
式中：
Figure BDA0001567796440000033
表示卷烟瞬时燃烧速率，单位mm/s。

Claims (3)

1.一种基于温度质心的卷烟瞬时燃烧速率表征方法，其特征在于：包括以下具体步骤
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，挑选在平均质量±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，采样频率不低于50Hz，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、卷烟燃烧锥温度质心的提取：对原始温度分布数据进行差值重构得到温度场分布信息；以卷烟点燃端为原点，建立柱坐标系，求取卷烟燃烧锥的温度质心的位置，此方法参照物体质心的求解方法，将权函数密度改为温度，得到温度质心坐标；计算公式如下
Figure FDA0001567796430000011
式中：
Figure FDA0001567796430000012
表示燃烧锥温度质心的轴向坐标，单位mm；zi和z表示燃烧锥内单位微元体的轴向坐标，单位mm；Ti和T表示燃烧锥内单位微元体的平均温度，单位℃；r和ri表示燃烧锥内单位微元体的径向坐标，单位mm；m表示燃烧锥内单位微元体在轴向的个数；n表示燃烧锥内单位微元体在径向的个数；dr和Δr表示燃烧锥内单位微元体的径向长度，单位mm；Δz和dz表示燃烧锥内单位微元体的轴向长度，单位mm；
d、卷烟瞬时燃烧速率的计算：以卷烟燃烧锥的温度质心随抽吸时刻的变化速率表示卷烟瞬时燃烧速率，计算公式如下
Figure FDA0001567796430000013
式中：
Figure FDA0001567796430000014
表示卷烟瞬时燃烧速率，单位mm/s。
2.根据权利要求1所述的基于温度质心的卷烟瞬时燃烧速率表征方法，其特征在于：所述吸烟机抽吸方式为ISO标准抽吸模式。
3.根据权利要求1所述的基于温度质心的卷烟瞬时燃烧速率表征方法，其特征在于：该表征方法适用于细支烟和常规卷烟。
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