[发明专利]一种快速测定抽吸过程中滤棒温度的方法

权利要求书

1.一种快速计算抽吸过程中滤棒温度方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(1)、采集抽吸过程的基本参数

根据GB/T 19609-2004，ISO抽吸模式下，每口抽吸时间为2s，每60s抽吸一口，抽吸容量为35ml；ISO抽吸模式速度表达式：

步骤(2)、根据单元划分数据、滤棒参数建立有限元分析模型，进行单元节点编号、确定换热边界和计算节点坐标；

步骤(3)、选取湍流模型

模拟采用标准k-ε双方程湍流模型，非稳态3D分离隐式求解器，SIMPLE算法，标准壁面函数处理近壁面区域，将烟气与烟碱流动视为定常流，其中烟碱看作连续相，在欧拉模型下进行模拟；

步骤(4)、确定计算的数学模型

在模拟的过程中，假定认为烟碱和烟气是相互贯穿连续的多相流，各自满足量、动量和能量守恒定律；

烟气作为气溶胶，定义为连续相，烟气简化为烟碱粒相q和烟气气相p两相，作为互相贯穿连续的两相流动，在混合物Mixture模型下进行模拟；体积分数代表了烟碱粒相和烟气气相所占据的空间，烟气的体积分数方程如下：

其中，α_q为第q相的体积分数；

1)质量守恒方程如下：

其中：

ρ_q为q相的密度kg/m³；

v_q为q相的速度m/s；

表示p相到q相的传质，kg/(m³.s)；

表示q相到p相的传质，kg/(m³.s)；

S_mq表示是q相的质量源相，kg；

2)动量守恒方程如下：

其中：

P为压力Pa；

是q相的应力应变张量，kg/(m².s²)；

R_pq是相间的相互作用力；

F_q包括所有的外部力，其中包含粒子做布朗运动所受到的热泳力；

μ_q是q相的粘度，kg/ms；

I是单位张量；

K_pq是相间动量交换比例系数；

3)能量守恒方程如下：

其中：H_q是q相的焓，J/kg；q_q是热通量，W/m²；Q_pq是p相与q相间的热交换，W/m²；H_pq和H_qp分别是p相与q相间的相间焓，J/kg；

相间的能量转移Q_pq假设为温度差的函数：

Q_pq＝h_pq(T_p-T_q)，式(7)；

其中：

h_pq是p相与q相间的传热系数，W/(m².K)；传热系数与p相Nusselt数Nu_p有关，k_q是q相的导热系数，W/(m.K)；

步骤(5)、确定计算的边界条件

5.1确定滤嘴的特性参数：

醋酸纤维素纤维的传热系数为0.05W/(m.k)；滤嘴作为均匀多孔介质，其孔隙率为0.77；

5.2通过拼接器和滤嘴的烟气为一种气溶胶，包含有气、粒两相，烟碱即粒相q，和烟气即气相p两相；

气相定义为一氧化碳CO，粒相主要是烟碱，烟碱粒径较小，跟随性好。烟气中的粒子数量约为1011个/230ml，粒径呈正态分布，中位粒径为0.254μm；

5.3拼接器采用速度入口，速度大小随时间发生变化，在ISO抽吸模式下，采用UDF自定义函数加载；每口抽吸时间为2s，每60s抽吸一口，抽吸容量为35ml；总共分7口抽吸，确定每口抽吸烟支与滤嘴分界处的温度，将7口抽吸的烟气温度作为拼接器进口温度的边界条件；

5.4设定入口温度；

步骤(6)、滤棒温度变化计算

6.1选取位置，滤棒出口Z＝30，滤嘴中部Z＝15，滤嘴后部Z＝7，滤嘴末端Z＝0；

6.2截取每口抽吸过程中某个截面的温度数据，每0.2秒取一次数据，共有10个点，将10个点做成曲线，得到每口抽吸的截面烟气温度变化曲线及温度变化动态仿真图；

根据上面的变化曲线得到每口抽吸的烟阻和温度的峰值及平均值，将4种抽吸温度的平均值数据做成曲线，得到选取截面的在抽吸过程中的温度变化曲线；

给出滤棒长度或计算位置，即可计算出在ISO抽吸模式下任意位置下横截面在抽吸过程中的滤棒温度；

滤棒的任意位置k的横截面的温度如下式：

其中，N为滤棒长度；

k为测试点距离入口面距离，mm，0≤k≤N；

y₁为逐口抽吸滤棒出口端的温度；

y₀为逐口抽吸滤棒入口端的温度。