[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

摘要

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，其特征在于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。本发明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。其优点在于1)对卷烟总通风率、滤嘴通风率与吸阻实现了同时优化设计；2)对卷烟结构参数与物性参数设计提供了定量设计要求；3）卷烟设计优化方法准确、方便、可靠。

主权项

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，其特征在于：是以卷烟结构参数和卷烟物性参数为变量，以卷烟总通风率、滤嘴通风率，以及吸阻为目标函数，通过调整卷烟结构参数与卷烟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）检测现有卷烟的卷烟结构参数与卷烟物性参数，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；（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，取在环境温度（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 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卷烟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卷烟物性参数的函数；表示烟丝段渗透系数，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；是卷烟结构参数与卷烟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；表示滤嘴渗透系数，单位m2；是卷烟结构参数与卷烟物性参数的函数式中表示烟丝段长度，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卷烟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卷烟物性参数的函数3）根据卷烟的设计目标，即总通风率、滤嘴通风率以及吸阻的目标值分别为，，，以卷烟总通风率，滤嘴通风率以及吸阻的表达式与目标值之间的绝对差值作为优化目标函数，然后将卷烟结构参数与卷烟物性参数的设计取值范围作为约束条件；同时确定卷烟结构参数与卷烟物性参数的设计范围；优化目标函数表达式为约束条件表达式为式中，表示烟丝段渗透系数取值的最小值与最大值，，表示滤嘴渗透系数取值的最小值与最大值，，表示卷烟纸透气度取值的最小值与最大值，，表示成型纸透气度取值的最小值与最大值；4）采用数值优化算法对目标函数进行优化，获得最佳卷烟结构参数与卷烟物性参数，同时获得卷烟总通风率、滤嘴通风率以及吸阻的最优取值，完成卷烟优化设计。