[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

说明书

技术领域：

本发明涉及基于可控等值比法和氧消耗原理的烟草燃烧热测量方法，属于热量测量技术领域。

背景技术：

卷烟是一种依靠燃烧来体现其品质的特殊消费品。烟草燃烧热是烟草燃烧特性的重要参数之一，与烟草感官质量、烟气中香味成分形成和有害物质释放以及卷烟引燃特性等都密切相关。

目前，可用于材料燃烧热的测量装置主要包括锥型量热仪和微燃烧量热仪。锥形量热仪和微燃烧量热仪的设计均是根据氧消耗原理，具体指物质燃烧时每消耗单位质量的氧会产生基本上相同的热量，即物质的氧消耗燃烧热基本相同。氧消耗原理是由Thornton在1917年发现的。Huggett在1980年应用氧消耗原理对常见的易燃聚合物及天然材料进行了系统计算，得到了氧消耗燃烧热的平均值为13.1kJ/g，材料间的E值偏差为5％。需要说明的是，燃烧热释放特性与材料所处燃烧环境密切相关，对于烟草来说，其燃烧热的测量只有在接近卷烟燃烧环境的条件下才更具有价值和实际意义。现阶段，大量实验和数值模拟结果已经证实，卷烟燃烧环境处于贫氧富氢的阴燃状态。锥型量热仪是用于测试特定规则试样在氧气充足的敞开体系内剧烈燃烧情况下的热释放，由于烟草样品物理性状的特殊性，很难实现其对烟草燃烧热的精确测量。微燃烧量热仪在测定材料的燃烧热释放时，是将极少量(一般4-5毫克)样品在裂解炉充分裂解后，再将裂解气体置于燃烧炉燃烧，因此其反映的是微观尺度下物质的热解和燃烧行为，而且重复性较差。很明显，锥型量热仪和微燃烧量热仪都无法做到模拟卷烟贫氧燃烧环境，不适用于烟草燃烧热的测量。

标准ISO19700提出了等值比的概念，核心在于控制燃料的产生速率(v_燃料)与空气的供给速率(v_空气)之比，具体如下式所示，

当时，分别代表材料在空气充足，化学当量比(理论值)时和贫氧条 件下的稳态燃烧。其中，的物理含义是指燃料中的各元素充分燃烧时空气的供应量。因此，基于氧消耗原理，利用可控等值比法就可以准确测量烟草在模拟卷烟燃烧环境下的燃烧热。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于可控等值比法和氧消耗原理的烟草燃烧热测量方法，以实现对烟草在贫氧燃烧状态下燃烧热释放的准确测量。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

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)