[发明专利]一种基于卷烟结构与物性参数的卷烟总通风率、滤嘴通风率以及吸阻的模型化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及卷烟参数设计，具体是一种基于卷烟结构与物性参数的卷烟总通风率、滤嘴通风率以及吸阻的模型化设计方法。即提供一种基于卷烟结构参数与物性参数的卷烟吸阻与总通风率数学模型表达式，根据卷烟设计要求优化模型表达式，最终获得卷烟结构与物性特征参数。

背景技术

卷烟总通风率、滤嘴通风率以及吸阻是卷烟产品设计时需要考虑的主要指标之一，在很大程度上影响卷烟焦油释放量、感官感受等重要产品质量特性。卷烟结构参数包括卷烟总长度、卷烟半径、烟丝段长度、滤嘴段长度、卷烟纸长度、接装纸长度、卷烟纸厚度与成型纸厚度。卷烟物性参数包括烟丝段渗透系数、滤嘴渗透系数、卷烟纸透气度、成型纸透气度。卷烟吸阻是卷烟抽吸感的关键评价指标，必须保持在适当的范围内。卷烟总通风率和滤嘴通风率是卷烟降焦减害的重要设计参数。采用单因素实验的方法设计卷烟的吸阻与总通风率，一般并不能同时满足卷烟吸阻和总通风率的设计要求，因为两者共同受到卷烟结构参数与物性参数的相互作用。因此，建立基于结构特征参数与物性特征参数的卷烟吸阻与总通风率数学模型十分必要。“一种调整卷烟烟支总通风率的方法（CN201410411728.3）公开了卷烟烟支总通风率与梗丝填充值之间存在的线性回归关系，但是并没有类似的专利关注同时满足卷烟吸阻与总通风率要求的优化设计方法。

发明内容

本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提供了一种基于卷烟结构参数与物性参数的卷烟吸阻与总通风率的模型化设计方法，该模型能够同时优化卷烟的吸阻与总通风率，为卷烟设计提供数据指导。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于卷烟结构与物性参数的卷烟总通风率、滤嘴通风率以及吸阻的模型化设计方法，是以卷烟结构特征参数和卷烟物性特征参数为变量，以卷烟总通风率、滤嘴通风率，以及吸阻为目标函数，通过调整卷烟结构与物性参数获得一种满足卷烟设计要求的优化方法，具体步骤如下：

1）检测现有卷烟的结构参数与物性参数，卷烟结构参数包括卷烟总长度、卷烟半径、烟丝段长度、滤嘴段长度、卷烟纸长度、接装纸长度、卷烟纸厚度与成型纸厚度；卷烟物性参数包括烟丝段渗透系数、滤嘴渗透系数、卷烟纸透气度、成型纸透气度，检测卷烟的总通风率、滤嘴通风率以及吸阻；

2）根据卷烟通风孔的设计要求，将卷烟分为无滤嘴通风孔，一排滤嘴通风孔，两排滤嘴通风孔三种滤嘴通风结构的卷烟；基于卷烟的结构与物性特征，做出以下主要假设：（1）空气在卷烟内的流动为一维流动，从文献中的数值模拟结果可以证实该假设成立；（2）空气在卷烟烟丝段、滤嘴段、卷烟纸、卷烟成型纸中的流动均满足达西定律；（3）卷烟接装纸除了通风孔外区域均不透气；（4）卷烟和空气物性参数在气流流动过程中保持固定不变，在环境温湿度为温度（22+/-2）℃，湿度（60+/-5）%条件下的数值,；（5）卷烟气流入口端、卷烟纸以及滤嘴通风孔外围均为大气压，压降p为0，基于以上假设，根据气流质量连续性方程衡算，建立卷烟总通风率，滤嘴通风率以及吸阻和卷烟结构参数与物性参数之间关系的数学模型表达式：

A.卷烟总通风率模型表达式为

式中表示卷烟总通风率，表示卷烟结构参数与物性参数的函数；表示卷烟烟丝段渗透系数，单位m²; 表示空气黏度，单位Pa∙s，表示双曲正弦函数，表示双曲余弦函数，表示卷烟纸段长度，单位m；表示卷烟纸透气度，单位CU；表示卷烟半径，单位m；

是卷烟结构参数与物性参数的函数

式中，表示每排滤嘴通风孔的个数，表示每个通风孔的半径，单位m²；表示成型纸透气度，单位CU；表示滤嘴的渗透系数，单位m²；

是卷烟结构参数与物性参数的函数

式中表示卷烟烟丝段长度，单位m；表示卷烟滤嘴第1排孔位置，单位m；表示卷烟滤嘴第2排孔位置，单位m；

B.卷烟滤嘴通风率模型表达式为

式中表示卷烟滤嘴通风率；

C.卷烟吸阻模型表达式为

式中表示卷烟吸阻，单位Pa；

表示卷烟结构参数与物性参数的函数

式中表示卷烟总长度，单位m；

表示卷烟结构参数与物性参数的函数