CN108416138A - 一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法 - Google Patents

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庄亚东
朱怀远
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Abstract

本发明公开了一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，利用压降检测装置测定卷烟样品抽吸时的逐口压降；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；以压降为自变量x，以烟支燃烧锥端额空气流量y为因变量，得到预测模型的回归方程：再测定卷烟抽吸时的逐口压降，代入上述预测模型，即可得到该卷烟的燃烧锥端的空气流量。其简化了卷烟燃烧锥端的空气流量测定实验过程；补充了燃烧锥端的空气流量的检测方法，该方法能减少燃烧锥流量测定中的不稳定因素；简化了传统燃烧锥流量测定方法的数据处理过程。为进一步指导卷烟燃吸机理分析和卷烟材料设计提供基础数据和理论依据，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法
技术领域
本发明涉及一种预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，具体涉及一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法。
背景技术
随着烟草行业技术的深入发展，卷烟抽吸时的各项燃烧特性指标受到越来越广泛的关注。卷烟燃烧时的气体流量主要来源于燃烧锥端、卷烟烟丝段和滤嘴段三个区域，燃烧锥附近的卷烟纸受热后透气度急剧增加，使得空气沿燃烧锥边缘处大量涌入，燃烧锥剧烈燃烧产生大量主流烟气，而抽吸产生的负压、卷烟纸透气度和滤嘴通风度使空气从纸外渗透进来，构成了烟支内部总的气体流量。卷烟各部分的气体流量不仅影响主流烟气的浓度，对卷烟燃烧状态也有着重要的影响。而燃烧锥端的气体流量作为整支卷烟烟气构成的主要部分，直接影响卷烟的燃烧状态和烟气释放量，因此有必要建立燃烧锥端气体流量的预测模型。
目前，对卷烟燃烧气流的研究主要侧重于气体的转移率等方面，黄煌研究了烟气透过卷烟纸向外扩散的过程，揭示了烟支结构与主流烟气和侧流烟气排放过程的关联机制。而有关卷烟燃烧锥端气流量的表征方面的研究尚未见报导。
卷烟燃烧时的系统压降作为燃烧体系的构成基础，不仅影响卷烟的燃烧温度、燃烧速率、燃烧流场分布，同时也与主流烟气和侧流烟气中的化学成分释放量密切相关。卷烟燃烧时的系统压降受滤嘴通风度和卷烟纸透气度等的影响显著。
国外Colard等人搭建了一种用于测定卷烟燃烧过程中压降变化的实验装置，并对采用模型预测的数值和实验测定值进行了比较分析，也有学者建立数学模型用于预测卷烟燃烧过程中卷烟压降，然而对于压降和流场分布这种复杂变化体系间的关系研究很少。在卷烟燃烧过程中，由于烟支抽吸后不断变短，以及燃烧区气体的粘度和速度随温度升高而增加引起的燃烧区对气流阻力升高等综合因素，使卷烟系统压降发生改变。烟支内部负压的不同导致进入卷烟各部分的流量发生改变。
因此，在实际研究中，探索系统压降和燃烧锥流量之间的相关性是可行且有意义的。
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检测压降，快速预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，包括以下步骤：
S1、利用压降检测装置测定卷烟样品抽吸时的逐口压降；
S2、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；
S3、回归分析：以上述压降为自变量x，以烟支燃烧锥端额空气流量y为因变量，得到预测模型的回归方程：
y＝b2x2+b1x+c，式中b1、b2、c为模型系数；
S4、空气流量预测：测定卷烟抽吸时的逐口压降，代入上述预测模型，即可得到该卷烟的燃烧锥端的空气流量。
上述压降的检测方法，为：在卷烟样品的抽吸口中置入压力传感器，采用处理器将测定的压力信号转换为数字信号实时输出。
上述压降检测装置包括三通阀、压力传感器、信号处理器；
所述三通阀的输入端接卷烟样品的抽吸口，两个输出端分别接抽吸机、通过压力传感器接处理器；
所述处理器接控制器，抽吸机通过同步触发装置接控制器。
上述流量检测装置包括卷烟纸段腔体、滤嘴段腔体、腔体、边孔、挡板、密封圈、流量测量部件、带通孔的卷烟夹持器；
通孔的内侧端固定卷烟，外侧端接抽吸机；
卷烟夹持器的内侧端接腔体，该腔体由夹持圈协同卷烟，分隔为卷烟纸段腔体和滤嘴段腔体；两段腔体的外壁为伸缩壁，分别通过边孔接流量测量部件；卷烟纸段腔体的末端为挡板，挡板的内圈设有与卷烟接触的密封圈。
上述卷烟样品包括压降范围在0-12kPa的混合型、烤烟型卷烟。
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，包括使用PASW Statistics软件。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，通过在多种规格卷烟抽吸过程中，将测量的卷烟逐口压降与燃烧锥端进入的空气流量进行回归分析，得到卷烟燃烧锥端流量的预测模型。对于未知卷烟样品，只需测定卷烟抽吸时逐口压降，利用上述预测模型即可得到从燃烧锥端进入的空气流量。
本发明的一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，简化了卷烟燃烧锥端的空气流量测定实验过程，通过测定烟支系统压降即可得到燃烧锥流量，由一组压降实验可获得两组数据；补充了燃烧锥端的空气流量的检测方法，该方法能减少燃烧锥流量测定中的不稳定因素；简化了传统燃烧锥流量测定方法的数据处理过程。为进一步指导卷烟燃吸机理分析和卷烟材料设计提供基础数据和理论依据，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。
图2为本发明的压降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。
本发明中的卷烟压降是指卷烟每口抽吸持续时间内的烟支压降均值。
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逐口压降、燃烧锥端的空气流量。
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，压降范围在0-12kPa的混合型卷烟样品或烤烟型卷烟样品。
一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，包括以下步骤：
S1、利用压降检测装置测定卷烟样品抽吸时的逐口压降。
压降的检测方法为：在卷烟9样品的抽吸口中置入压力传感器，采用处理器将测定的压力信号转换为数字信号实时输出。
本发明的压降检测装置包括三通阀、压力传感器、信号处理器；三通阀的输入端接卷烟夹持器8的抽吸口，两个输出端分别接抽吸机、通过压力传感器接处理器；且处理器接控制器，抽吸机通过同步触发装置接控制器。
S2、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。
如附图1所示，流量检测装置包括卷烟纸段腔体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、带通孔的卷烟夹持器8；
通孔的内侧端固定卷烟，外侧端接抽吸机；
卷烟夹持器的内侧端接腔体，该腔体由夹持圈协同卷烟，分隔为卷烟纸段腔体和滤嘴段腔体；两段腔体的外壁为伸缩壁，分别通过边孔接流量测量部件；卷烟纸段腔体的末端为挡板，挡板的内圈设有与卷烟接触的密封圈。
测量过程：采用流量检测装置在孔道抽吸机上进行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(35mL)，采用公式V3＝V-V1-V2，得到进入卷烟燃烧锥端的空气流量V3。
抽吸按照GB/T 16450-2004《常规分析用吸烟机定义和标准条件》的规定。
S3、回归分析：以上述压降为自变量x，以烟支燃烧锥端额空气流量y为因变量，得到预测模型的回归方程：
y＝b2x2+b1x+c，式中b1、b2、c为模型系数；
运用PASW Statistics软件取值计算，得到：
y＝-131.2x2+304.51x-149.63(R2＝0.9647)；
其R2为0.9647，说明卷烟逐口压降与相应口序下的卷烟燃烧锥端的空气流量具有较明显的负相关性，
方差分析结果表明，回归方程达极显著水平(p<0.0001)，该回归方程可以作为比较理想的预测模型来使用。
S4、空气流量预测：测定卷烟抽吸时的逐口压降，代入上述预测模型，即可得到该卷烟的燃烧锥端的空气流量。
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个卷烟样品进行模型验证。对卷烟燃烧第3口时燃烧锥空气流量的预测值和实测值进行比较，一方面检测各样品抽吸第3口时的系统压降，并用所建回归方程预测燃烧锥端空气流量；另一方面利用流量分布检测装置测定抽吸第3口时烟丝段和滤嘴段的空气流量，计算出进入卷烟燃烧锥端的空气流量。
两种方法测得的数据见表1：
表1卷烟样品中燃烧锥端空气流量预测值与实测值对比
试验结果表明，卷烟燃烧锥端的空气流量预测值与实测值差异较小，两者相对误差均小于10％，预测模型的预测结果较准确。
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 (7)

1.一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用压降检测装置测定卷烟样品抽吸时的逐口压降；
S2、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；
S3、回归分析：以上述压降为自变量x，以烟支燃烧锥端额空气流量y为因变量，得到预测模型的回归方程：
y＝b2x2+b1x+c，式中b1、b2、c为模型系数；
S4、空气流量预测：测定卷烟抽吸时的逐口压降，代入上述预测模型，即可得到该卷烟的燃烧锥端的空气流量。
2.一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，其特征在于，所述压降的检测方法，为：在卷烟样品的抽吸口中置入压力传感器，采用处理器将测定的压力信号转换为数字信号实时输出。
3.一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，其特征在于，所述压降检测装置包括三通阀、压力传感器、信号处理器；
所述三通阀的输入端接卷烟样品的抽吸口，两个输出端分别接抽吸机、通过压力传感器接处理器；
所述处理器接控制器，抽吸机通过同步触发装置接控制器。
4.一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，其特征在于，所述流量检测装置包括卷烟纸段腔体、滤嘴段腔体、腔体、边孔、挡板、密封圈、流量测量部件、带通孔的卷烟夹持器；
通孔的内侧端固定卷烟，外侧端接抽吸机；
卷烟夹持器的内侧端接腔体，该腔体由夹持圈协同卷烟，分隔为卷烟纸段腔体和滤嘴段腔体；两段腔体的外壁为伸缩壁，分别通过边孔接流量测量部件；卷烟纸段腔体的末端为挡板，挡板的内圈设有与卷烟接触的密封圈。
5.一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，其特征在于，所述卷烟样品包括压降范围在0-12kPa的混合型、烤烟型卷烟。
6.一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，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。
7.一种基于检测压降预测卷烟燃烧锥端空气流量的方法，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。
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