CN116058534A - 一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法及系统，烟支包括烟草段和滤棒段，方法包括：获取烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和烟草段的出口的第N口烟气的温度，获取滤棒段的出口的逐口烟气的第一物质含量数据集和滤棒段的滤棒各段的出口的逐口烟气的第一温度数据集，根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、烟草段的出口的第N口烟气的温度、第一物质含量数据集、第一温度数据集、预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，得到滤棒各段的具体长度值，该方法不以技术人员采用经验的方式对滤棒段各段的长度进行优化设计，优化设计效率高，且技术验证成本低。
Description
技术领域
本申请属于加热不燃烧卷烟技术领域，特别是涉及一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法及系统。
背景技术
与传统卷烟不同，加热不燃烧卷烟以“加热不燃烧”为思路设计，相对于传统卷烟在高温环境下通过明火点燃烟草制品使其燃烧，加热不燃烧卷烟是在卷烟不燃烧的情况下，通过外部加热元件对烟草段的烟草物质进行加热使其雾化，让烟草段出口发出烟气香味，烟草段出口的烟气香味经过滤棒段过滤后让用户吸食。
目前加热不燃烧卷烟烟支的滤棒段一般包括第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段，在预设了滤棒段总长度的情况下，为了使得滤棒段出口的主流烟气中的水分或甘油物质的含量在预设范围内，以及滤棒段出口的烟气的温度在预设范围内，通常技术人员采用经验的方式对滤棒段各段的长度进行优化设计，但现有技术的优化设计方式的优化设计效率比较低，且技术验证成本高。
因此，如何提高加热不燃烧卷烟烟支滤棒段各段的长度的优化设计效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请的目的为提供一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法；本申请提供的加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法，该方法不以技术人员采用经验的方式对滤棒段各段的长度进行优化设计，优化设计效率高，且技术验证成本低。
本申请提供的技术方案如下：
一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法，所述烟支包括烟草段和滤棒段，所述方法包括：
获取所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取所述烟草段的出口的第N口烟气的温度，其中，N为大于等于1的正整数；
获取所述滤棒段的出口的逐口烟气的第一物质含量数据集，获取所述滤棒段的滤棒各段的出口的逐口烟气的第一温度数据集；
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度、所述第一物质含量数据集、所述第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，所述预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度。
优选地，所述获取所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取所述烟草段的出口的第N口烟气的温度，包括：
获取未加热前所述烟草段的初始物质含量和加热后所述烟草段的平均温度，所述平均温度为所述烟草段在抽吸周期的平均温度；
获取所述烟草段的出口的逐口烟气的第二物质含量数据集，获取所述烟草段的出口的逐口烟气的第二温度数据集；
根据所述初始物质含量、所述平均温度和所述第二物质含量数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的物质含量；
根据所述初始物质含量和所述第二温度数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的温度。
优选地，所述根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度、所述第一物质含量数据集、所述第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，所述预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，包括：
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和所述第一物质含量数据集，得到滤棒各段的物质截留系数；
根据所述物质截留系数，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的物质含量的第一关系方程，所述滤棒各段的长度包括第一中空段的长度、纸管段的长度、混纺段的长度、第二中空段的长度；
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述滤棒各段的物质截留系数、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程；
根据所述第一关系方程、所述第二关系方程、预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，得到滤棒各段的具体长度值。
优选地，所述根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述滤棒各段的物质截留系数、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程，包括：
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和所述滤棒各段的物质截留系数，得到滤棒各段的第N口烟气的物质截留量；
根据所述滤棒各段的第N口烟气的物质截留量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程。
本申请还提供一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化系统，所述烟支包括烟草段和滤棒段，其特征在于，所述系统包括获取模块和处理模块；
所述获取模块，用于获取所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取所述烟草段的出口的第N口烟气的温度，其中，N为大于等于1的正整数；
所述获取模块，还用于获取所述滤棒段的出口的逐口烟气的第一物质含量数据集，获取所述滤棒段的滤棒各段的出口的逐口烟气的第一温度数据集；
所述处理模块，用于根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度、所述第一物质含量数据集、所述第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，所述预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度。
优选地，所述获取模块在执行获取所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取所述烟草段的出口的第N口烟气的温度时，具体用于：
获取未加热前所述烟草段的初始物质含量和加热后所述烟草段的平均温度，所述平均温度为所述烟草段在抽吸周期的平均温度；
获取所述烟草段的出口的逐口烟气的第二物质含量数据集，获取所述烟草段的出口的逐口烟气的第二温度数据集；
根据所述初始物质含量、所述平均温度和所述第二物质含量数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的物质含量；
根据所述初始物质含量和所述第二温度数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的温度。
优选地，所述处理模块在执行根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度、所述第一物质含量数据集、所述第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，所述预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度时，具体用于：
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和所述第一物质含量数据集，得到滤棒各段的物质截留系数；
根据所述物质截留系数，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的物质含量的第一关系方程；
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述滤棒各段的物质截留系数、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程；
根据所述第一关系方程、所述第二关系方程、预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，得到滤棒各段的具体长度值。
优选地，所述处理模块在执行根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述滤棒各段的物质截留系数、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程时，具体用于：
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和所述滤棒各段的物质截留系数，得到滤棒各段的第N口烟气的物质截留量；
根据所述滤棒各段的第N口烟气的物质截留量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程。
本申请还提供一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化装置，包括处理器、存储器和通信总线；
所述通信总线，用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信；
所述处理器用于执行所述存储器中存储的加热不燃烧卷烟烟支规格的优化处理程序，以实现上述所述加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法的步骤。
本申请还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现上述所述加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法的步骤。
与现有技术相比较，本申请提供的一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法，烟支包括烟草段和滤棒段，方法包括：获取烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取烟草段的出口的第N口烟气的温度，获取滤棒段的出口的逐口烟气的第一物质含量数据集，获取滤棒段的滤棒各段的出口的逐口烟气的第一温度数据集，根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、烟草段的出口的第N口烟气的温度、第一物质含量数据集、第一温度数据集、预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，得到滤棒各段的具体长度值，该方法不以技术人员采用经验的方式对滤棒段各段的长度进行优化设计，优化优化效率高，且技术验证成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法的流程示意图；
图2为本申请提供的加热不燃烧卷烟烟支规格的优化系统的流程示意图；
图3为本发明提供的加热不燃烧卷烟烟支规格的优化装置的流程示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
如图1所示，本申请实施例提供一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法，烟支包括烟草段和滤棒段，方法包括：
S101、获取烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取烟草段的出口的第N口烟气的温度，其中，N为大于等于1的正整数；
本实施例中，获取预先获得的烟草段的出口即滤棒段入口的第N口烟气的物质含量，其中，物质含量包括水分含量和/或甘油含量；；获取预先获得的烟草段的出口即滤棒段入口的第N口烟气的温度。
S102、获取滤棒段的出口的逐口烟气的第一物质含量数据集，获取滤棒段的滤棒各段的出口的逐口烟气的第一温度数据集；
本实施例中，滤棒各段包括第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段，其中第一中空段和纸管段的第一端连接，纸管段的第二端和混纺段的第一端连接，混纺段的第二端和第二中空段连接，构建预设抽吸模式条件下的加热环境对加热不燃烧卷烟烟支进行加热，预设抽吸模式可以是HCI抽吸模式，即抽吸容量55mL、抽吸持续时间2s、抽吸周期30s，在预设抽吸模式条件下，通过测量装置测量采集滤棒段的出口的逐口烟气的各4组水分含量数据和/或甘油含量数据，并根据各4组水分含量数据和/或甘油含量数据构建第一物质含量数据集，其中，4组含量数据可以是在滤棒各段的长度一定的情况下，采集4组包括不同的抽吸口数和对应的水分含量和/或甘油含量的值，4组含量数据也可以是在抽吸口数一定的情况下，采集4组包括不同滤棒各段的长度和对应的水分含量和/或甘油含量的值。
本实施例中，在预设抽吸模式条件下的加热环境，分别对4支滤棒各段的长度不同的烟支进行加热，通过测温平台采集4支烟支的滤棒各段的出口的第1口至第8口的逐口烟气的温度值，并构建第一温度数据集。
S103、根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、烟草段的出口的第N口烟气的温度、第一物质含量数据集、第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度。
与现有技术相比较，本申请提供的一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法，烟支包括烟草段和滤棒段，方法包括：获取烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取烟草段的出口的第N口烟气的温度，获取滤棒段的出口的逐口烟气的第一物质含量数据集，获取滤棒段的滤棒各段的出口的逐口烟气的第一温度数据集，根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、烟草段的出口的第N口烟气的温度、第一物质含量数据集、第一温度数据集、预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，得到滤棒各段的具体长度值，该方法不以技术人员采用经验的方式对滤棒段各段的长度进行优化设计，优化优化效率高，且技术验证成本低。
作为一种实施方式，本申请实施例中，步骤S101中的获取烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取烟草段的出口的第N口烟气的温度，包括：
A1、获取未加热前烟草段的初始物质含量和加热后烟草段的平均温度，平均温度为烟草段在加热开始时刻至加热结束时刻的平均温度；
通过测量装置测量获取未加热前烟草段中的初始物质含量，其中初始物质含量包括初始含水率和/或初始甘油含量；在预设抽吸模式条件下的加热环境，通过测温平台测量获取烟草段在加热开始时刻至加热结束时刻的平均温度。
A2、获取烟草段的出口的逐口烟气的第二物质含量数据集，获取烟草段的出口的逐口烟气的第二温度数据集；
本实施例中，在预设抽吸模式条件下，通过测量装置测量采集烟支烟草段的出口的逐口烟气的各3组水分含量数据和/或甘油含量数据，并根据各3组水分含量数据和/或甘油含量数据构建第二物质含量数据集，其中，每组含量数据包括抽吸口数和对应的水分含量或甘油含量的值。
本实施例中，在预设抽吸模式条件下，通过测温平台测量采集烟支烟草段的出口的逐口烟气的18组温度数据，并构建第二温度数据集，其中每组温度数据包括抽吸口数和对应的温度值。
A3、根据初始物质含量、平均温度和第二物质含量数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的物质含量；
本实施例中，根据烟草段水分、甘油释放速率分别满足对流传质模型、一阶化学反应，且抽吸周期为30s保持不变，滤棒段入口(即烟草段出口)第N口烟气水分、甘油质量m水,in(N)、m甘油,in(N)满足以下第三关系方程：
m水,in(N)＝A水exp(-K水·N)
其中，A水、A甘油分别为释放反应的水分指前因子和甘油指前因子；E甘油为甘油释放反应活化能，即33.3kJ/mol，单位J·mol-1；R为气体常数，即8.314J·mol-1·K-1；T为加热后烟草段在抽吸周期的平均温度，单位K；K水、K甘油分别为水分的速率常数和甘油释放的速率常数，K水为0.63，K甘油为0.76；N为抽吸口数。
根据加热不燃烧卷烟的烟草段的出口烟气的物质含量的实测值随烟草段初始含水率、初始甘油含量变化的情况，选取双变量二次函数作为回归函数，建立烟草段的初始含水率、初始甘油含量对烟草段的出口即滤棒段的入口的烟气的物质含量的影响的模型，具体公式如以下第四关系方程：
A水＝ω水，0(a00+a10ω水，0+a01ω甘油，0)
A甘油＝ω甘油，0(a'00+a'10ω水，0+a'01ω甘油，0)
其中A水、A甘油分别为释放反应的水分指前因子和甘油指前因子；ω水，0、ω甘油，0分别为烟草段的初始含水率、初始甘油含量。
由于包括初始含水率和/或初始甘油含量的初始物质含量、平均温度是已获得的数据，且由于第二物质含量数据集是根据烟草段的出口的逐口烟气的各3组水分含量数据和/或甘油含量数据构建的已知数据，将第四关系方程中的A水、A甘油代入第三关系方程中，再根据初始物质含量、平均温度和第二物质含量数据集即可拟合计算得到a00、a10、a01和/或a′00、a′10、a′01的具体数值，再根据第四关系方程得到A水和A甘油的值，进而根据第三关系方程，即可得到烟草段的出口的第N口烟气的包括m水，in(N)和/或m甘油，in(N)的物质含量。
根据系统模拟的方式拟合得到的水分指前因子和甘油指前因子的各项系数的数值具体如下表1所示：
A4、根据初始物质含量和第二温度数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的温度。
本实施例中，根据烟草段的出口的逐口烟气的温度实测结果，烟草段的出口的第N口烟气的温度即滤棒段的入口的第N口烟气的温度Tin1，N与抽吸口数N满足指数函数关系，具体如下第五关系方程：
Tin1，N＝Tint-B·exp(-P·N))
其中Tint为理论最高温度，单位K；B、P为待定常数。
根据烟草段的出口的烟气温度的实测值随烟草段的初始含水率、初始甘油含量变化的情况，选取双变量二次函数作为回归函数，建立烟草段的初始含水率、初始甘油含量对滤棒段的入口即烟草段的出口的烟气的温度影响的模型，具体如下第六关系方程：
其中ω水，0、ω甘油，0分别为烟草段初始含水率、初始甘油含量。
由于包括初始含水率和/或初始甘油含量的初始物质含量是已获得的数据，且第二温度数据集是根据烟草段的出口的逐口烟气的18组温度数据构建的已知数据集，将第六关系方程中的Tint、B、P代入第五关系方程中，再根据初始物质含量和第二温度数据集即可拟合计算得到b0、b10、b01、b11、b20、b02、b0、b′10、b′01、b′11、b′20、b′02、b″0、b″10、b″01、b″11、b″20、b″02的具体数值，再根据第六关系方程得到Tint、B、P的值，进而根据第五关系方程，即可得到烟草段的出口的第N口烟气的温度Tin1，N。
根据系统模拟的方式拟合得到的b0、b10、b01、b11、b20、b02、b′0、b′10、b′01、b′11、b′20、b′02、b″0、b″10、b″01、b″11、b″20、b″02的具体数值具体如下表2所示：
| b0 | b10 | b01 | b11 | b20 | b02 |
| 325.8896 | 6.3800 | 3.1075 | -0.5418 | 0.1510 | 0.1392 |
| b′0 | b′10 | b′01 | b′11 | b′20 | b′02 |
| 464.9043 | -29.4266 | -10.2432 | 0.9237 | 0.1355 | 0.0646 |
| b″0 | b″10 | b″01 | b″11 | b″20 | b″02 |
| 1.5161 | -0.1000 | -0.0291 | 0.0028 | 0.0007 | 0.0004 |
作为一种实施方式，本申请实施例中，步骤S103，包括：
B1、根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和第一物质含量数据集，得到滤棒各段的物质截留系数；
本实施例中，滤棒段的滤棒各段对烟气中水分、甘油的截留满足指数模型，由于烟草段的出口烟气依次通过包括第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段串联而成的滤棒段，因此包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的物质含量的关系为第一关系方程，具体如下：
mi，out(N)＝mi，in(N)exp(-k1x1-k2x2-k3x3-k4x4)
其中mi，in(N)为滤棒段的入口的第N口烟气的物质含量，即烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，即根据第三关系方程中得到m水，in(N)和/或m甘油，in(N)，其中k1、k2、k3、k4分别表示单位长度的第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段对物质i的截留系数，单位1/mm，其中物质i包括水分和/或甘油；x1、x2、x3、x4分别表示滤棒段的第一中空段的长度、纸管段的长度、混纺段的长度、第二中空段的长度，单位mm。
将烟草段的出口的第N口烟气的物质含量即根据第三关系方程中得到m水，in(N)和/或m甘油，in(N)代入第一关系方程中的mi，in(N)，由于第一物质含量数据集是根据滤棒段的出口的逐口烟气的各4组水分含量数据和/或甘油含量数据构建的已知数据，且由于其中4组含量数据可以是在滤棒各段的长度一定的情况下，采集4组包括不同的抽吸口数和对应的水分含量或甘油含量的值，即x1、x2、x3、x4的数值一定，采集了4组不同的数值N和对应的mi，in(N)的值，由于4组含量数据也可以是在抽吸口数一定的情况下，采集4组包括不同滤棒各段的长度和对应的水分含量或甘油含量的值，即抽吸口数N的数值，采集了4组不同的x1、x2、x3、x4数值和对应的mi，in(N)的值，根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和第一物质含量数据集代入第一关系方程，即可拟合得到滤棒各段的物质截留系数k1、k2、k3、k4的数值。
根据系统模拟的方式拟合得到的物质截留系数k1、k2、k3、k4的数值具体如下表3所示：
B2、根据物质截留系数，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的物质含量的第一关系方程，滤棒各段的长度包括第一中空段的长度、纸管段的长度、混纺段的长度、第二中空段的长度；
本实施例中，根据步骤B1得到的物质截留系数k1、k2、k3、k4的数值，再代入第一关系方程中，即可得到变量只有x1、x2、x3、x4和N的包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的物质含量的第一关系方程。
B3、根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、滤棒各段的物质截留系数、烟草段的出口的第N口烟气的温度和第一温度数据集，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程；
B4、根据第一关系方程、第二关系方程、预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，得到滤棒各段的具体长度值。
本实施例中，预设滤棒出口烟气物质含量为预设的滤棒段的出口的第N口主流烟气的物质含量，其中物质含量包括水分含量和/或甘油含量，预设滤棒出口烟气温度为预设的滤棒段的出口的第N口主流烟气的实时温度。
由于最后得到的滤棒段的出口的第N口烟气的物质含量的第一关系方程中的变量只有抽吸口数N、滤棒段的第一中空段的长度x1、纸管段的长度x2、混纺段的长度x3、第二中空段的长度x4，最后得到的滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程中的变量只有抽吸口数N、第一中空段的长度x1、纸管段的长度x2、混纺段的长度x3，滤棒长度为x1、x2、x3、x4之和构成滤棒长度关系方程，根据第一关系方程、第二关系方程、滤棒长度关系方程，以及预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，可以得到符合滤棒各段长度要求的一组或者多组滤棒各段的具体长度值，其中，滤棒各段长度要求为滤棒各段的具体长度值为0或者大于6mm的整数，且滤棒各段的具体长度值的精度范围为±0.2mm，若得到的符合滤棒各段长度要求的滤棒各段的具体长度值为多组，则再将每组滤棒各段的具体长度值代入第一关系方程、第二关系方程中，得到模拟计算出的滤棒出口烟气水分含量和模拟计算的滤棒出口烟气温度，再计算模拟计算出的滤棒出口烟气水分含量和预设滤棒出口烟气物质含量中的预设滤棒出口烟气水分含量之间的水分含量误差值，计算模拟计算的滤棒出口烟气温度和预设滤棒出口烟气温度之间的温度误差值，选取水分含量误差值和/或温度误差值在可接受范围内的对应的那组滤棒各段的具体长度值。
预设滤棒出口烟气物质含量和预设滤棒出口烟气温度可以是在预设的范围内。
例如，将预设滤棒出口烟气物质含量中的水分含量设定为17mg/cig，预设滤棒出口烟气温度设定为54℃，预设滤棒长度设定为40mm，根据第一关系方程、第二关系方程和滤棒长度关系方程得到滤棒各段的具体长度值，同时采用测温平台和测量装置实测出滤棒出口烟气水分含量和滤棒出口烟气温度，实测结果表明，误差较小，具体如下表4所示：
其中，模拟计算出的滤棒出口烟气水分含量和模拟计算的滤棒出口烟气温度，是由于滤棒各段的长度只能为0或者大于6mm的整数，根据初始预设滤棒出口烟气水分含量17和初始预设滤棒出口烟气温度54以及预设滤棒长度代入第一关系方程、第二关系方程和滤棒长度关系方程中后，计算选取得到符合滤棒各段长度要求的一组滤棒各段的具体长度值，长度值具体为第一中空段10mm、纸管段16mm、混纺段8mm、第二中空段6mm，其中，可以将该组具体长度值代入第一关系方程、第二关系方程和滤棒长度关系方程中，计算得到模拟计算出的滤棒出口烟气水分含量17和模拟计算的滤棒出口烟气温度59.4，根据模拟计算出的滤棒出口烟气水分含量和预设滤棒出口烟气物质含量中的预设滤棒出口烟气水分含量，可知水分含量误差值为0，根据模拟计算的滤棒出口烟气温度和预设滤棒出口烟气温度之间的温度误差值计算得到的温度误差值也在可接收的范围内，因此可知该组滤棒各段的具体长度值是符合要求的。
由烟气温度预测模型即第二关系方程，模拟计算得到的滤棒出口烟气温度，与实测的滤棒出口烟气温度相比，滤棒出口烟气温度的模拟预测值的最大相对偏差28.1％，平均相对偏差18.3％，能够满足实际工程应用需求。
作为一种实施方式，本申请实施例中，步骤B3，包括：
C1、根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和滤棒各段的物质截留系数，得到滤棒各段的第N口烟气的物质截留量；
本实施例中，第N口烟气的第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段的轴向位置x处的物质截留量分别为Δmi，1(N，x)、Δmi，2(N，x)、Δmi，3(N，x)、Δmi，4(N，x)，具体的计算方程第七关系方程为：
Δmi，1(N，x)＝k1mi，in(N，0)exp(-k1x)
Δmi，2(N，x)＝k2mi，in(N，0)exp(-k1x1)exp(-k2(x-x1))
Δmi，3(N，x)＝k3mi，in(N，0)exp(-k1x1-k2x2)exp(-k3(x-x1-x2))
Δmi，4(N，x)＝k4mi，in(N，0)exp(-k1x1-k2x2-k3x3))exp(-k4(x-x1-x2-x3))
其中，mi，in(N，0)为滤棒段的入口的第N口烟气的物质含量，即等于烟草段的出口的第N口烟气的物质含量mi，out(N)，x为轴向位置，以滤棒段的入口为起始位置，起始位置x＝0，单位mm，x1、x2、x3分别表示滤棒段的第一中空段的长度、纸管段的长度、混纺段的长度，i代表物质，物质i包括水分和/或甘油，其中k1、k2、k3、k4分别表示单位长度的第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段对物质i的截留系数。
C2、根据滤棒各段的第N口烟气的物质截留量、烟草段的出口的第N口烟气的温度和第一温度数据集，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程。
本实施例中，第N口烟气第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段的轴向位置x处分别截留物质i释放的热量，可以由物质截留量与组分i的相变焓ΔHi相乘计算得到，ΔH水、ΔH甘油分别为2400kJ/kg、660kJ/kg，根据滤棒段内流动换热过程分析，第N口烟气的第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段的不同轴向位置处温度T1，N(x)、T2，N(x)、T3，N(x)、T4，N(x)满足第八关系方程，具体如下：
其中，Tin1,N为滤棒段的第一中空段的入口的第N口烟气的温度，即等于烟草段的出口的第N口烟气的温度；Tin2,N为纸管段的入口的第N口烟气的温度，由于纸管段的入口即第一中空段的出口，即当轴向位置x在第一中空段的出口时，Tin2,N等于T1，N(x)；Tin3,N为混纺段的入口的第N口烟气的温度，由于混纺段的入口即纸管段的出口，即当轴向位置x在纸管段的出口时，Tin3,N等于T2，N(x)；Tin4,N为第二中空段的入口的第N口烟气的温度，由于第二中空段的入口即混纺段的出口，即当轴向位置x在混纺段的出口时，Tin4,N等于T3，N(x)，温度单位为K。
T∞为周围自由气氛温度，取值295K；h1、h2，h3，h4分别为第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段的有效换热系数；ρ1、ρ2、ρ3、ρ4分别为第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段的沿轴向的线密度，单位kg/m，cp1、cp2、cp3、cp4分别为第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段的比热容，单位J/kg，滤棒各段具体线密度和比热容如下表5：
| 第一中空段 | 纸管段 | 混纺段 | 第二中空段 | |
| 线密度g/mm | 0.01333 | 0.01 | 0.01 | 0.01333 |
| 比热容J/g | 3 | 1.5 | 2.5 | 3 |
步骤S102中，通过测温平台采集4支烟支的滤棒各段的出口的第1口至第8口的逐口烟气的温度值，并构建的第一温度数据集，将第一温度数据集代入第八关系方程中，可以拟合获得h1、h2，h3，h4与抽吸口数和轴向位置x的关系方程，再将获得的h1、h2，h3，h4代入以下方程：
其中，将该方程中的轴向位置x设置为在滤棒段的出口时的数值后，即可得到包括滤棒各段的长度(即第一中空段的长度x1、纸管段的长度x2、混纺段的长度x3)和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程。
将第一温度数据集代入第八关系方程中，拟合获得h1、h2，h3，h4与抽吸口数和轴向位置x的关系方程，具体如下：
将第一温度数据集内的4支滤棒各段的长度不同的烟支的滤棒各段的出口的第1口至第8口的逐口烟气的温度值，代入第八关系方程中进行二元线性拟合，可以获得第一中空段、纸管段、混纺段、第二中空段有效换热系数h1、h2，h3，h4的具体数值，其中由于第一中空段和第二中空段均为中空段，因此h1和h4相同，不同的第一中空段的长度x1、抽吸口数N和对应的有效换热系数h1(或不同的第二中空段的长度x4和对应的有效换热系数h4)如下表6所示：
不同的纸管段的长度x2和对应的有效换热系数h2如下表7所示：
不同的混纺段的长度x3和对应的有效换热系数h3如下表8所示：
再将表6至表8中抽吸口数N为1的滤棒各段的数据，代入包括h1、h2，h3，h4的有效换热系数h与抽吸口数N(N为1)、轴向位置x的第九关系方程，进行拟合计算得到N为1时各有效系数h1、h2，h3，h4的待定系数aa和bb的值，第九关系方程为：h＝eaa+bb·x,N＝1，抽吸口数N为1时各有效系数h1、h2，h3，h4的待定系数aa和bb的值具体如下表9所示：
| 各有效换热系数 | aa | bb |
| h1和h4 | -1.9448 | -0.06653 |
| h2 | -0.3564 | -0.09335 |
| h3 | -0.5817 | -0.07107 |
将表6至表8中抽吸口数N为2至8的滤棒各段的数据，代入包括h1、h2，h3，h4的有效换热系数h与抽吸口数N(N为2至8)、轴向位置x的第十关系方程，进行拟合计算得到分别得到N为2至8时各有效系数h1、h2，h3，h4的待定系数a、b、c的值，第十关系方程为：h＝ea+b·N+c·x,N＝2,3…8，抽吸口数N为2至8时各有效系数h1、h2，h3，h4的a、b、c的值具体如下表10：
其中，表10中的a和表9中的aa并无关联关系，表10中的b和表9中的bb并无关联关系。
根据上述拟合获得的各个待定系数，即可得到各有效系数h1、h2，h3，h4，将各有效系数代入第二关系方程，即可得到包括滤棒各段的长度(即第一中空段的长度x1、纸管段的长度x2、混纺段的长度x3)和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程的具体方程式。
如图2所示，本申请还提供了一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化系统，烟支包括烟草段和滤棒段，系统包括获取模块201和处理模块202；
获取模块201，用于获取烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取烟草段的出口的第N口烟气的温度，其中，N为大于等于1的正整数；
获取模块201，还用于获取滤棒段的出口的逐口烟气的第一物质含量数据集，获取滤棒段的滤棒各段的出口的逐口烟气的第一温度数据集；
处理模块202，用于根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、烟草段的出口的第N口烟气的温度、第一物质含量数据集、第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度。
作为一种实施方式，本申请实施例中，获取模块201在执行获取烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取烟草段的出口的第N口烟气的温度时，具体用于：
获取未加热前烟草段的初始物质含量和加热后烟草段的平均温度，平均温度为烟草段在抽吸周期的平均温度；
获取烟草段的出口的逐口烟气的第二物质含量数据集，获取烟草段的出口的逐口烟气的第二温度数据集；
根据初始物质含量、平均温度和第二物质含量数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的物质含量；
根据初始物质含量和第二温度数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的温度。
作为一种实施方式，本申请实施例中，处理模块202在执行根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、烟草段的出口的第N口烟气的温度、第一物质含量数据集、第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，所述预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度时，具体用于：
根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和第一物质含量数据集，得到滤棒各段的物质截留系数；
根据物质截留系数，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的物质含量的第一关系方程；
根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、滤棒各段的物质截留系数、烟草段的出口的第N口烟气的温度和第一温度数据集，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程；
根据第一关系方程、第二关系方程、预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，得到滤棒各段的具体长度值。
作为一种实施方式，本申请实施例中，处理模块202在执行根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、滤棒各段的物质截留系数、烟草段的出口的第N口烟气的温度和第一温度数据集，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程时，具体用于：
根据烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和滤棒各段的物质截留系数，得到滤棒各段的第N口烟气的物质截留量；
根据滤棒各段的第N口烟气的物质截留量、烟草段的出口的第N口烟气的温度和第一温度数据集，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程。
如图3所示，本申请还提供了一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化装置，包括处理器301、存储器302和通信总线303；
通信总线303，用于实现处理器301和存储器302之间的连接通信；
处理器301用于执行存储器302中存储的加热不燃烧卷烟烟支规格的优化处理程序，以实现加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法的步骤。
本申请还提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理器301加载并执行时，实现加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法的步骤。
本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例不同之处，各个实施例之间相同或相似部分相互参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法，其特征在于，所述烟支包括烟草段和滤棒段，所述方法包括：
获取所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取所述烟草段的出口的第N口烟气的温度，其中，N为大于等于1的正整数；
获取所述滤棒段的出口的逐口烟气的第一物质含量数据集，获取所述滤棒段的滤棒各段的出口的逐口烟气的第一温度数据集；
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度、所述第一物质含量数据集、所述第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，所述预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取所述烟草段的出口的第N口烟气的温度，包括：
获取未加热前所述烟草段的初始物质含量和加热后所述烟草段的平均温度，所述平均温度为所述烟草段在抽吸周期的平均温度；
获取所述烟草段的出口的逐口烟气的第二物质含量数据集，获取所述烟草段的出口的逐口烟气的第二温度数据集；
根据所述初始物质含量、所述平均温度和所述第二物质含量数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的物质含量；
根据所述初始物质含量和所述第二温度数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度、所述第一物质含量数据集、所述第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，所述预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，包括：
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和所述第一物质含量数据集，得到滤棒各段的物质截留系数；
根据所述物质截留系数，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的物质含量的第一关系方程，所述滤棒各段的长度包括第一中空段的长度、纸管段的长度、混纺段的长度、第二中空段的长度；
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述滤棒各段的物质截留系数、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程；
根据所述第一关系方程、所述第二关系方程、预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，得到滤棒各段的具体长度值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述滤棒各段的物质截留系数、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程，包括：
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和所述滤棒各段的物质截留系数，得到滤棒各段的第N口烟气的物质截留量；
根据所述滤棒各段的第N口烟气的物质截留量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程。
5.一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化系统，所述烟支包括烟草段和滤棒段，其特征在于，所述系统包括获取模块和处理模块；
所述获取模块，用于获取所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取所述烟草段的出口的第N口烟气的温度，其中，N为大于等于1的正整数；
所述获取模块，还用于获取所述滤棒段的出口的逐口烟气的第一物质含量数据集，获取所述滤棒段的滤棒各段的出口的逐口烟气的第一温度数据集；
所述处理模块，用于根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度、所述第一物质含量数据集、所述第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，所述预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述获取模块在执行获取所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量，获取所述烟草段的出口的第N口烟气的温度时，具体用于：
获取未加热前所述烟草段的初始物质含量和加热后所述烟草段的平均温度，所述平均温度为所述烟草段在抽吸周期的平均温度；
获取所述烟草段的出口的逐口烟气的第二物质含量数据集，获取所述烟草段的出口的逐口烟气的第二温度数据集；
根据所述初始物质含量、所述平均温度和所述第二物质含量数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的物质含量；
根据所述初始物质含量和所述第二温度数据集，得到烟草段的出口的第N口烟气的温度。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述处理模块在执行根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度、所述第一物质含量数据集、所述第一温度数据集和预设数据集，得到滤棒各段的具体长度值，所述预设数据集包括预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度时，具体用于：
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和所述第一物质含量数据集，得到滤棒各段的物质截留系数；
根据所述物质截留系数，得到包括滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的物质含量的第一关系方程；
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述滤棒各段的物质截留系数、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程；
根据所述第一关系方程、所述第二关系方程、预设滤棒出口烟气物质含量、预设滤棒出口烟气温度和预设滤棒长度，得到滤棒各段的具体长度值。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理模块在执行根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量、所述滤棒各段的物质截留系数、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程时，具体用于：
根据所述烟草段的出口的第N口烟气的物质含量和所述滤棒各段的物质截留系数，得到滤棒各段的第N口烟气的物质截留量；
根据所述滤棒各段的第N口烟气的物质截留量、所述烟草段的出口的第N口烟气的温度和所述第一温度数据集，得到包括所述滤棒各段的长度和滤棒段的出口的第N口烟气的温度的第二关系方程。
9.一种加热不燃烧卷烟烟支规格的优化装置，其特征在于，包括处理器、存储器和通信总线；
所述通信总线，用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信；
所述处理器用于执行所述存储器中存储的加热不燃烧卷烟烟支规格的优化处理程序，以实现如权利要求1-4任一项所述加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如权利要求1至4任一项所述加热不燃烧卷烟烟支规格的优化方法的步骤。
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2023
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