[发明专利]一种构建烟支三维模型及其流道优化的方法

说明书

本发明公开了一种构建烟支三维模型及其流道优化的方法，本发明是通过采用61um分辨率nano Voxel型X射线三维显微镜拍摄整个烟支的图像，利用Avizo Fire 8.1软件把整个烟支的图像合成一个三维图像并去除烟丝中孤立的孔隙和孔隙中孤立的烟丝，抽取烟支三维图像中一定数量且间隔一致的径向二值化图贴三角面片形成多个烟支薄片的STL文件，导入Geomagic Spark软件中进行逆向工程三维建模得到烟支薄片三维实体模型STP文件，选取一定数量烟支薄片实体模型导入ICEM CFD软件进行网格划分并将进行拼接，从而形成整个烟支网格化模型。该方法能够最大程度上还原烟支三维模型，提高模拟计算的真实性、可靠性，并在此基础优化烟支三维流道，降低了模型划分网格难度，提高了后续模拟仿真计算的效率。

技术领域

本发明涉及卷烟烟支三维模型建立的技术领域，特别涉及一种构建烟支三维模型及其流道优化的方法。

背景技术

近些年来，国内外学者通过建立卷烟烟支模型，利用数学和物理方法分析烟支燃烧的过程，来解决实验方法不能够测定或者难以测定的物理过程和相关参数变化后的吸燃过程规律性。工业上也可通过预测模拟工艺参数和烟支物理模型对吸燃过程的影响，对卷烟烟支生产有一定的指导意义。因此，建立正确的卷烟烟支模型对后续模拟是否准确起到决定性的作用。

通常建立卷烟烟支模型，并没有依照烟支实际三维模型，致使模型与烟支实际模型误差大，可能导致后续模拟数据不可靠。因此，迫切需要一种能够真实还原烟支三维模型建立的烟支模型来实现更可靠的烟支燃烧模拟。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种构建烟支三维模型及其流道优化的方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种构建烟支三维模型及其流道优化的方法，包括以下步骤：

(1)采用三维显微镜拍摄整个烟支的图像，将整个烟支的图像合成一个三维图像并去除烟丝中孤立的孔隙和孔隙中孤立的烟丝，从三维图像中按设定间距61um抽取N个径向二值化图贴三角面片，得到多个烟支薄片STL文件；

(2)将烟支薄片STL文件导入Geomagic Spark软件中，采用逆向工程三维重构的方式优化烟支薄片并建立烟支薄片实体模型，得到烟支薄片模型的STP文件；

(3)将烟支薄片实体模型STP文件导入网格划分软件中进行网格划分并行网格拉伸拼接，得到整个烟支网格化模型。

作为优选的技术方案，步骤(1)中，所述三维显微镜采用61um分辨率nanoVoxel型X射线三维显微镜，拍摄的整个烟支图像是去除烟支滤嘴，采用Avizo Fire 8.1软件去除烟丝中孤立的孔隙和孔隙中孤立的烟丝，即去除体积小于10⁶um³的孔隙和烟丝。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，从烟支三维图像抽取径向二值化图的间距及数量分别为：每隔61um抽取一张径向二值化图，按顺序抽取11张，贴三角面片形成一个烟支薄片STL文件。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中优化烟支薄片并建立烟支薄片实体模型的具体方法为：

Ⅰ.在薄片上选取一个烟丝三维流道，在烟支薄片的正反两面分别画出该流道的轮廓曲线，对于特殊的流道可采用样条曲线命令使得绘画出的流道尽量逼近烟丝的真实流道，依次画出烟丝中的所有三维流道；

Ⅱ.将所有烟丝中的三维流道的轮廓样条曲线通过混合命令形成流道的实体；

Ⅲ.画出一个等同于烟支薄片大小的圆柱实体将烟支薄片完全覆盖，采用布尔命令，将该圆柱实体依次与步骤Ⅱ中绘画的烟丝三维流道进行布尔减运算，得到三维重建后的烟支薄片。