[发明专利]基于可控等值比法和氧消耗原理的烟草燃烧热测量方法

权利要求书

1.基于可控等值比法和氧消耗原理的烟草燃烧热测量方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：计算理论耗氧量；

烟草样品经元素分析，得到C，H，O，S和N的百分含量，设定这五种元素组成的化合物通式为C_xH_yO_zS_pN_q，则在氧气中恰好充分燃烧的化学式如式(1)，

CxHyOzSpNq+tO2=xCO2+y2H2O+pSO2+qNO2]]>式(1)

式(1)中则1g烟草样品中元素C、H、O、N和S充分燃烧热解时所需氧气的体积为：

式(2)

式(2)中b为C、H、O、S和N五种元素的质量分数总和；M为C_xH_yO_zS_pN_q的分子量，即M＝12x+y+16z+32p+14q；R为理想气体常数；P为测试气体的压力；T为测试气体的温度，由于生物质烟草中C，H，O，S和N五种元素质量分数总和高达90％以上，其充分燃烧热解的理论耗氧量可以代表烟草充分燃烧的理论耗氧量，因此1g该烟草充分燃烧时理论空气消耗量如式(3)，

式(3)

因此可以得到式(4)：

式(4)

步骤2：计算实际空气供应量和烟草样品供应量；

选取等值比根据等值比公式(5)，

式(5)

计算出烟草样品的实际推进速度与空气的供给速度之比，如式(6)，

式(6)

设定燃料的供给速率为(v_燃料)_实际，则空气的实际流量为：

式(7)

式(7)中燃料供给速率由载样器长度L、载样器推进速率v以及烟草样品质量W来计算，具体如式(8)，

式(8)

式(8)基于以下处理：W g烟草样品要均匀铺在测量装置内L cm的载样器上；

步骤3：根据式(7)和式(8)，设定仪器参数，待其稳定后，准确称量经预处理的Wg烟草样品均匀铺在L cm载样器上，开始实验并实时测量氧气体积浓度和温度；所述预处理步骤按照标准GB/T16447-2004进行；

步骤4：计算单位质量烟草燃烧热释放；

(a)计算烟草燃烧热释放速率；

选取氧气体积浓度随时间变化波动在±15％以内的区间，此时可视为稳态，求取氧气体积浓度在该区间内的平均值如公式(9)，

foz‾=∫t1t2fozdtt2-t1]]>式(9)

式(9)中t₁、t₂分别是选取的稳态区间的起点和终点；

在整个燃烧过程中，用于燃烧烟草的一级进气流量为V₁l·min^-1，用于燃烧产物冷却稀释的二级进气流量为V₂l·min^-1，这里规定V₂≥10V₁，由于一级进气中氧气含量只有21％，而且其体积数的降低弥补了烟草裂解燃烧生成的气体，因此燃烧导致的双级进气体积变化很小，经计算，变化率在±3％以内，其对体积的影响可以忽略，也就是说，最终气体总量仍为(V₁+V₂)l·min^-1，所以单位时间内消耗氧气的体积如式(10)：

ΔVoz=(V1+V2)[(foz)0-foz‾]]]>式(10)

式(10)中为氧气的初始体积浓度，对于空气来说，为0.21；

那么单位时间内消耗氧气质量为，

Vo2=PΔVo2Mo2RT]]> 式(11)

式(11)中P为环境大气压；T为气体的温度；是氧气分子量；

则烟草燃烧热释放速率为，

HR=13.1×vo2]]> 式(12)

(b)计算1g烟草燃烧热释放量

根据公式(8)和公式(12)，计算1g烟草燃烧热释放量如式(13)，

式(13)。