烟丝结构对不同圆周卷烟燃烧状态的影响研究

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深入了解卷烟的燃烧状态和烟丝的受热状况是研究主流烟气成分释放的关键。为了探究烟丝结构对不同圆周卷烟燃烧状态的影响,本文建立了卷烟燃烧状态的综合表征方法,分别以叶组配方相同的三种圆周卷烟和不同烟丝结构的两种圆周的卷烟为研究对象,在相同的抽吸条件下表征对比分析的上述卷烟样品的燃烧状态。主要研究内容包括以下三个部分:  (1)建立了卷烟燃烧状态的综合表征方法。综合表征指标主要包括卷烟燃烧锥气固相温度分布、压力及气流分布、燃烧速率、燃烧锥区域分布特征。其中①瞬时燃烧速率表征方法的建立是基于卷烟温度检测技术,即以燃烧锥特征温度T0.5的移动表征卷烟瞬时燃烧速率,同时将燃烧温度和燃烧速率关联起来,能够准确地获得卷烟在燃吸过程中烟丝实时参与燃烧反应的量;②根据卷烟燃烧锥气相温度分布特征、传热特点,将燃烧锥划分为烟灰区、烟灰与燃烧过渡区、燃烧区和热解区,构建了卷烟燃烧锥区域划分的约束条件。基于matlab程序语言开发了“卷烟瞬时燃烧速率计算软件”和“卷烟燃烧锥区域划分软件”,通过对测量到的气相温度分布数据进行批处理,可以获得卷烟瞬时燃烧速率和卷烟燃烧锥各区域的体积变化情况。  (2)表征并对比分析了圆周对卷烟燃烧状态的影响,结合燃烧状态深入分析了三种圆周卷烟主流烟气成分释放差异。结果表明:①抽吸过程中燃烧锥表面固相最高温随随圆周的减小而增大;燃烧锥体积随圆周的减小而减小,内部气相最高温、特征温度则随圆周的减小而增大;燃烧线附近轴心位置处的温度和升温速率随圆周的减小而增大;②卷烟瞬时速率与抽吸曲线有较强的相关性,瞬时线性燃烧速率(LBR)与圆周呈负相关,瞬时质量燃烧速率(MBR)则与圆周呈正相关。对瞬时线性燃烧速率和瞬时质量燃烧速率积分计算可求得燃吸过程中三种圆周卷烟燃烧线向前推进的距离和单口耗丝量,燃烧线推进距离随圆周的减小而增大,单口耗丝量随圆周的减小而减小。③圆周对卷烟主流烟气成分释放量影响显著。常规烟气成分、7种Hoffman成分、大部分醛类成分(甲醛除外)释放量均随圆周的减小而减小;三种圆周卷烟主流烟气中大部分成分单口释放量差异显著;根据单口耗丝量可以得到单位质量烟丝主流烟气成分释放量,单位质量烟丝主流烟气大部分成分释放量随圆周的减小而增大。  (3)分别研究了切丝宽度、烟丝长度分布、烟丝填充密度对两种圆周(17mm和24mm)卷烟燃烧状态的影响。结果表明:①烟丝结构对卷烟燃烧锥表面固相最高温影响显著,减小烟丝宽度会导致燃烧锥表面固相最高温升高,烟丝特征尺寸对不同圆周卷烟燃烧锥表面固相温度影响不同;②烟丝结构对卷烟燃烧速率影响显著。增大填充密度和烟丝宽度会导致卷烟燃烧缓慢,燃烧速率较小;烟丝特征尺寸对两种圆周卷烟燃烧速率影响不同。
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