[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

摘要

本发明公开了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，利用可控等值比法实现了空气流量、烟草供应量和温度三个重要燃烧要素的准确调控，进而准确控制烟草燃烧状态；通过对稳态燃烧状态下氧气消耗量的计算，并结合氧消耗原理，实现了烟草燃烧热的准确测量。

主权项

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)，$C_x{H}_y{O}_z{S}_p{N}_q+{\mathrm{tO}}_2={\mathrm{xCO}}_2+\frac{y}{2}{H}_{2}O+{\mathrm{pSO}}_2+q{\mathrm{NO}}_2$  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)，$\stackrel{\‾}{f_{o_z}}=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{f}_{o_z}\mathrm{dt}}{t_2-t_1}$            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)：${\mathrm{\ΔV}}_{o_z}=(V_1+V_2)[{\left(f_{o_z}\right)}_0-\stackrel{\‾}{f_{o_z}}]$              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，$V_{o_2}=\frac{\mathrm{P\Δ}{V}_{o_2}{M}_{o_2}}{\mathrm{RT}}$       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，$H_R=13.1\×v_{o_2}$       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)。