CN108398520A - 一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，包括利用流量检测装置测定卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量；利用红外热像仪测定卷烟样品相应抽吸口序下的燃烧表面温度，提取出所有温度数据，将温度平均值和数据量的乘积记为因变量y；以卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量为自变量x，得到预测模型的回归方程；测定其他卷烟抽吸时燃烧锥端的空气流量后，代入上述预测模型，即得到该卷烟的预测燃烧强度。其简化了卷烟燃烧特性参数测定实验过程，补充了燃烧强度的检测方法，减少了燃烧温度测定中的不稳定因素，简化了数据处理过程及工作量，提高检测效率，为指导卷烟材料研究、卷烟燃吸机制分析和卷烟材料设计提供基础数据。

Description

一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法
技术领域
本发明涉及一种卷烟燃烧强度的预测方法，具体涉及一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法。
背景技术
随着烟草行业技术的不断发展，卷烟燃烧过程中的特性参数指标越来越受到普遍关注，如卷烟燃烧时的温度分布。卷烟燃烧时的温度分布不仅影响卷烟主、侧流烟气中化学成分和含量，同时也与卷烟的密度、吸阻、卷烟纸透气度、接装纸通风度等有着紧密的联系。因此，深入研究卷烟燃烧过程中的温度场分布，并将温度场分布于卷烟的吸阻、卷烟纸透气度等联系起来，可为卷烟结构以及辅材设计提供科学依据。
目前研究卷烟燃烧温度最常用两种检测方法。第一种方法就是利用红外成像法检测卷烟燃烧锥的表面温度；第二种方法是利用热电偶检测卷烟燃烧锥的内部温度，此方法热电偶与被测烟丝直接接触，会影响被测卷烟样品的环境。此外，这两种方法测试后期的数据提取工作量大，特别是进行大批量测定时，往往需要花费很大的时间成本，并非“立等可取”。
卷烟在燃吸过程中，主要从三个区域进入主流烟气，分别为卷烟燃烧端、卷烟烟支主体的卷烟纸段和存在滤嘴通风的滤嘴段。随着吸烟与健康以及低焦油低危害卷烟的发展，烟草企业纷纷寻求低焦油卷烟的技术，到目前为止改变卷烟纸透气度和改变卷烟滤嘴通风度均应用于降低烟气焦油的技术。实质上，通过调节辅材等因素最终改变的就是卷烟每段的空气进入量，从而影响卷烟燃烧特性参数。由此可见，通过卷烟流场分布检测技术预测卷烟抽吸时燃烧锥表面温度的方法是可行的。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于流场分布检测技术，快速预测卷烟燃烧时燃烧锥表面燃烧强度的方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，包括如下步骤：
S1、利用流量检测装置测定卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量；
S2、利用红外热像仪测定卷烟样品相应抽吸口序下的燃烧表面温度，提取出所有温度数据，将温度平均值和数据量的乘积记为燃烧强度y；
S3、回归分析：以卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量为自变量x，燃烧强度y为因变量，得到卷烟燃烧强度预测模型的回归方程：y＝b2x2+b1x+c；
S4、卷烟燃烧强度预测：测定卷烟抽吸时燃烧锥端的空气流量后，代入上述预测模型，即得到该卷烟的预测燃烧强度。
上述步骤S2中红外热像仪测定温度，包括以下步骤：
A1、按一定的频率拍摄卷烟样品抽吸时的红外热图；
A2、将上述红外热图转换成温度序列文件；
A3、使用数据分析软件处理上述温度序列文件中的数据，得到整个卷烟样品燃烧过程的温度分布信息；
A4、分析上述温度分布信息，提取所有温度数据、平均温度和数据量。
上述卷烟样品抽吸的持续时长为1-3s。
上述红外热像仪的拍摄的频率为0.1-0.2s。
上述红外热像仪的测定距离为20-40cm，探头的测温范围位200-1500℃，精确度为±2℃，环境和大气温度为(20±2)℃；相对湿度为(60±5)％。
上述卷烟样品包括混合型、烤烟型。
上述卷烟样品包括任意的圆周长、长度、滤嘴通风度和卷烟纸段通风度。
上述模型系数b1、b2、c的取值计算，包括PASW Statistics软件。
上述数据分析软件包括MikroSpecRT 7500。
上述温度分布信息的格式包括Excel表。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，通过在多种规格卷烟抽吸过程中，将测量的燃烧锥端空气流量与温度平均值和数据量乘积燃烧强度进行回归分析，得到卷烟燃烧锥表面燃烧强度的预测模型。对于未知卷烟样品，只需测定卷烟抽吸时滤棒段和卷烟纸段的空气流量，计算出烟支燃烧锥端空气流量，利用预测模型即可得到其燃烧锥表面燃烧强度。
本发明的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，简化了卷烟燃烧特性参数测定实验过程，通过测定流场分布即可得到燃烧强度，即一组实验可获得两组数据；补充了燃烧强度的基础检测方法，且该方法能减少燃烧温度测定中的不稳定因素；简化传统燃烧温度检测方法中的数据处理过程；大大减少了温度检测过程以及后期数据处理过程中的工作量，提高检测效率，为进一步指导卷烟材料研究、卷烟燃吸机制分析和卷烟材料设计提供基础数据，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的流量检测装置的结构示意图。
附图中标记的含义如下：1、卷烟纸段腔体，2、滤嘴段腔体，3、腔体，4、边孔，5、挡板，6、密封圈，7、流量测量部件，8、卷烟夹持器，9、卷烟。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，包括如下步骤：
B1、选样：采用GB/T 16447-2004《烟草及烟草制品调节和测试的大气环境》规定的条件平衡选定卷烟样品，用于采集不同抽吸口序下的流场分布和温度分布。
卷烟样品包括任意圆周、任意长度、任意滤嘴通风度和任意卷烟纸段通风度的混合型卷烟样品或烤烟型卷烟样品。
B2、利用流量检测装置测定卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量；
卷烟燃烧锥端的空气流量，是通过流量平衡原则利用流场数据计算而得。
采用流量检测装置在孔道吸烟机上进行ISO模式(35mL)抽吸，根据卷烟滤棒长度、相应抽吸口序下卷烟纸段长度调节装置两段腔体，根据卷烟圆周选择适宜密封圈，使两段腔体形成密封气室；校准归零流量测量部件，点燃卷烟，启动卷烟抽吸机进行抽吸；读取流量测量部件的读数，得到进入卷烟纸段空气流量V1和进入滤嘴段空气流量V2，结合抽吸端的总抽吸容量V，采用公式V3＝V-V1-V2，得到进入卷烟燃烧锥端的空气流量V3。
B3、利用红外热像仪测定卷烟样品相应抽吸口序下的燃烧表面温度，提取出所有温度数据，将温度平均值和数据量的乘积记为燃烧强度y；
温度数据的采集及信息提取：用红外测温系统对抽吸后燃烧锥温度进行测量，此系统包括AGEMASC 3000红外热像仪、1个近摄镜头和1台附有内置抓图板的电脑(WindowsXP)，整个红外测温系统的记录速度可以达到50Hz(0.02s记录一幅图)，热像仪和目标物的距离为30cm，红外探头的测温范围选择在200℃～1500℃，精确度为±2℃；环境和大气温度为(22±2)℃；相对湿度(60±5)％。
本实施例按照0.12s记录一幅图，一幅图即为一帧数据，16幅图(抽吸持续时间2s)即可构成一抽吸口数下的温度数据。
随着抽吸的进行，对卷烟燃烧过程拍摄的红外热图也会迅速地产生变化。将从卷烟燃烧开始到结束拍摄的红外热图，每一帧都转成温度序列文件，再用MikroSpecRT 7500数据分析软件对温度序列文件进行数据处理，可得到整个卷烟燃烧过程的温度分布信息(Excel)，最后对所得温度分布Excel文件进行分析，提取出所有温度数据、平均温度和数据量，将平均温度乘以数据量，即得到燃烧锥表面燃烧强度。
B4、回归分析：以卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量为自变量x，燃烧强度y为因变量进行二元多项式回归分析，得到卷烟燃烧强度预测模型的回归方程：y＝b2x2+b1x+c。
运用PASW Statistics软件取值计算，得到下表1
表1燃烧锥端空气流量与燃烧强度的回归方程R2和模型系数
由表1可知，其R2＝0.922，说明燃烧锥端空气流量与燃烧强度具有较明显的相关性，得到两者的回归方程：y＝195.1x2+2432.4x+50618.4(R2＝0.922)。
方差分析结果表明，回归方程达极显著水平(p<0.0001)，即可以预测该回归方程作为比较理想的预测模型来使用。
B5、卷烟燃烧强度预测：测定卷烟抽吸时燃烧锥端的空气流量后，代入上述预测模型，即得到该卷烟的预测燃烧强度。
为进一步阐述本发明所达成的预定效果，采用未参与建模的6个牌号卷烟样品，一方面检测各样品第三口抽吸时的滤棒段流量和卷烟纸段流量，计算出燃烧锥端空气流量，并用所建回归方程预测其第三口抽吸时的燃烧强度，另一方面利用红外热像仪测定卷烟第三口抽吸状态下的表面温度，提取出所有温度数据，计算其燃烧强度。比较两种方法下第三口抽吸时燃烧强度的差异性。结果见表2。
表2卷烟样品中燃烧强度预测值与实测值对比
试验结果表明，卷烟燃烧锥表面燃烧强度差异较小，两者相对误差均小于10％，预测模型的预测结果较准确。
附图1为本发明的流量检测装置的结构示意图，包括卷烟纸段腔体1、滤嘴段腔体2、腔体3、边孔4、挡板5、密封圈6、流量测量部件7、卷烟夹持器8、卷烟9。
带通孔的卷烟夹持器8，通孔的内侧端固定卷烟9，外侧端接抽吸机。
卷烟夹持器8的内侧端接腔体3，该腔体3由夹持圈协同卷烟9，分隔为卷烟纸段腔体1和滤嘴段腔体2；两段腔体的外壁为伸缩壁，分别通过边孔4接流量测量部件7；卷烟纸段腔体1的末端为挡板5，挡板5的内圈为与卷烟9接触的密封圈6。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、利用流量检测装置测定卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量；
S2、利用红外热像仪测定卷烟样品相应抽吸口序下的燃烧表面温度，提取出所有温度数据，将温度平均值和数据量的乘积记为燃烧强度y；
S3、回归分析：以卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量为自变量x，燃烧强度y为因变量，得到卷烟燃烧强度预测模型的回归方程：
y＝b2x2+b1x+c，式中b1、b2、c为模型系数；
S4、卷烟燃烧强度预测：测定卷烟抽吸时燃烧锥端的空气流量后，代入上述预测模型，即得到该卷烟的预测燃烧强度。
2.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，其特征在于，所述步骤S2中红外热像仪测定温度，包括以下步骤：
A1、按一定的频率拍摄卷烟样品抽吸时的红外热图；
A2、将上述红外热图转换成温度序列文件；
A3、使用数据分析软件处理上述温度序列文件中的数据，得到整个卷烟样品燃烧过程的温度分布信息；
A4、分析上述温度分布信息，提取所有温度数据、平均温度和数据量。
3.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，其特征在于，所述卷烟样品单次抽吸的持续时长为1-3s。
4.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，其特征在于，所述红外热像仪的拍摄的频率为0.1-0.2s。
5.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，其特征在于，所述红外热像仪的测定距离为20-40cm，探头的测温范围位200-1500℃，精确度为±2℃。
6.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，其特征在于，所述卷烟样品包括混合型、烤烟型。
7.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，其特征在于，所述卷烟样品包括任意的圆周长、长度、滤嘴通风度和卷烟纸段通风度。
8.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，其特征在于，所述模型系数b1、b2、c的取值计算，包括使用PASW Statistics软件。
9.根据权利要求2所述的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，其特征在于，所述数据分析软件包括MikroSpecRT 7500。
10.根据权利要求2所述的一种基于检测流场分布预测卷烟燃烧强度的方法，其特征在于，所述温度分布信息的格式包括Excel表。
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