[发明专利]一种同时表征卷烟燃烧锥气溶胶场和温度场的方法

说明书

一种同时表征卷烟燃烧锥气溶胶场和温度场的方法，其特征在于，是通过定位固定系统和探针/热电偶固定支架，将气溶胶/温度复合探针和温度触发热电偶插入至卷烟燃烧锥不同位置，采用设定温度触发吸烟机抽吸，在抽吸过程中对卷烟燃烧锥原位抽取气溶胶，并由气溶胶测试单元和温度采集模块测试气溶胶特征数据和温度数据，经数据处理后，获得卷烟燃烧锥的气溶胶粒数浓度场、气溶胶粒数中值粒径场和温度场。利用本发明方法可反映卷烟燃烧锥的气溶胶形成过程，解决了卷烟气溶胶形成过程无法表征的问题。

技术领域

本发明属于气溶胶和温度的表征方法领域，特别涉及一种同时表征卷烟燃烧锥气溶胶场和温度场的方法。

背景技术

卷烟燃烧是一种动态、复杂的燃烧体系，其研究涵盖多学科实验、理论和计算机模拟科学。早期的研究多集中于卷烟燃烧过程的表征方面。卷烟在阴燃时的燃烧状态接近于稳态；而在抽吸时，气流可引起卷烟燃烧温度的快速变化，从而在卷烟燃烧锥内形成了燃烧区和裂解区。处于燃烧锥的烟草成分经热解蒸馏、热反应产生烟气成分，然后冷凝形成气溶胶，气溶胶经烟丝段、滤嘴冷凝过滤和稀释等作用，最终形成主流烟气。目前，对于卷烟燃烧锥的研究主要是通过温度场和气流场的表征来解释卷烟燃烧的过程，并建立卷烟燃烧模型。研究表明，卷烟燃烧过程中，随着温度的升高，烟草中的水分和挥发性物质首先被蒸馏出来，烟草中其他物质受热发生热解产生挥发性物质和焦化的炭。燃烧形成的气体成分和热解、蒸馏产生的挥发性物质共同形成主流烟气或侧流烟气。燃烧过程中所产生的一些热量用于加热未发生反应的烟草，从而形成自我维持的燃烧过程。概括说来，卷烟烟气气溶胶的形成过程，经历了燃烧、热解、蒸馏、冷凝等作用。然而，上述研究关于卷烟形成气溶胶的过程主要是基于计算模拟，尚无表征卷烟燃烧锥气溶胶形成过程的技术手段和方法。当前，对于卷烟气溶胶的表征方面，虽已有相关研究报道，但都是对卷烟滤嘴出口端的气溶胶进行表征，而无法获得卷烟燃烧锥的气溶胶形成过程信息，也无法表征气溶胶在形成过程的动态变化。

本发明正是基于上述状况而做出的进一步的研究、探索。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时表征卷烟燃烧锥气溶胶场和温度场的方法，通过该方法可在卷烟抽吸过程中对卷烟燃烧锥原位抽取气溶胶，并通过气溶胶测试单元和温度采集模块测试气溶胶特征数据和温度数据，以获得燃烧锥的气溶胶粒数浓度场、气溶胶粒数中值粒径场和温度场。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种同时表征卷烟燃烧锥气溶胶场和温度场的方法，是通过定位固定系统和探针/热电偶固定支架，将气溶胶/温度复合探针和温度触发热电偶插入至卷烟燃烧锥不同位置，采用设定温度触发吸烟机抽吸，在抽吸过程中对卷烟燃烧锥原位抽取气溶胶，并由气溶胶测试单元和温度采集模块测试气溶胶特征数据和温度数据，经数据处理后，获得卷烟燃烧锥的气溶胶粒数浓度场、气溶胶粒数中值粒径场和温度场。

该方法包括以下步骤：

1）测试装置构建, 包括气溶胶测试单元、温度采集模块、气溶胶/温度复合探针、触发用热电偶、探针/热电偶固定架、定位固定系统、吸烟机,所述定位固定系统包括三维滑台和卷烟固定块，气溶胶/温度复合探针、触发用热电偶呈固定间距设置在探针/热电偶固定架上预先开设的固定孔中，探针/热电偶固定架安装在三维滑台上，复合探针、触发用热电偶平行水平设置，并与卷烟固定块中的卷烟轴线方向垂直相交；

2）准备阶段，包括：对卷烟沿轴线方向预打孔，将卷烟安放于卷烟固定块中，并与吸烟机的捕集器连接，通过三维滑台的移动，将气溶胶/温度复合探针、触发用热电偶同时相应插入卷烟预打孔中，对孔隙处进行胶封，并吹干；

3）测试阶段，包括：点燃卷烟，采用预设温度触发吸烟机抽吸卷烟，气溶胶/温度复合探针对卷烟燃烧锥进行气溶胶取样和温度测试，气溶胶由气溶胶测试单元完成实时测试，温度数据由温度采集模块采集；更换卷烟，固定温度触发热电偶的插入位置，更改气溶胶/温度复合探针的位置，重复测试，实现卷烟燃烧锥不同位置多次测试；