一种卷烟数字化设计方法与流程

1.本发明涉及卷烟数字化设计方法，具体的说是一种基于卷烟结构参数和物理特性之间的量效关系进行卷烟数字化设计的方法。


背景技术：

2.卷烟结构参数包括卷烟圆周、烟丝段长度、滤嘴段长度、接装纸打孔位置。烟丝段的物性参数包括长度、圆周、闭吸阻等。烟支的物性参数包括长度、圆周、全包裹吸阻、开吸阻、纸通风度、滤嘴通风度、总通风度等。这些指标之间存在相互之间交叉影响，又相互关联。卷烟总通风率、滤嘴通风率以及吸阻是卷烟产品设计时需要考虑的重要指标之一，在很大程度上影响卷烟焦油释放量、感官感受等重要产品特性。其中卷烟吸阻是卷烟抽吸轻松感的关键评价指标，必须保持在适当范围。卷烟总通风率是卷烟减害降焦的重要设计参数。一般设计方法并不能同时满足卷烟吸阻和通风率的设计要求，因为两者共同受到卷烟结构参数和物理参数的相互作用，同时卷烟数字化设计方面的研究上不深入，一般研究和设计并未明确卷烟物理参数与卷烟结构之间的关系，因此，建立基于物理参数量效关系的卷烟数字化设计方法十分必要。


技术实现要素：

3.本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提出的一种基于物理参数量效关系的卷烟数字化设计方法，以期能够实现不同规格卷烟产品的卷烟结构特性和物性参数、滤棒参数的数字化设计，从而能提高设计效率并能满足设计要求。
4.本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
5.本发明一种卷烟数字化设计方法的特点是按如下步骤进行：
6.步骤1、将烟丝卷制成烟丝段或包含烟丝段和滤棒段的烟支，并检测所述烟丝段或烟支的基本物理参数，从而利用式(1)得到目标卷烟的烟丝渗透系数k：
[0007][0008]
式(1)中，l0表示所述烟丝段的长度；c0表示所述烟丝段的圆周；δp0表示所述烟丝段的全包裹吸阻；若卷制成烟支，则利用式(2)得到δp0：
[0009][0010]
式(2)中，δp
fil
表示所述烟支所用滤棒的初始吸阻；l
fil
表示烟支所用滤棒的初始长度；l
01
表示烟支中滤棒的长度；
[0011]
步骤2、基于目标卷烟的结构和卷烟纸透气度，以滤嘴通风度为变量，得到目标卷烟的总通风率、纸通风率、主流烟气流量、滤棒所构成的一体化卷烟数字化设计模型；
[0012]
a、利用式(3)和式(4)分别得到通风度分布系数k’和吸阻系数k”：
[0013]
[0014][0015]
式(3)和式(4)中，k’表示通风度分布系数，即为目标卷烟的卷烟纸通风量与主流烟气流量的比值；q
p
表示纸通风量。qm表示目标卷烟的主流烟气流量；a
p
表示卷烟纸透气度；ld表示仅卷烟纸包裹部分烟丝段的长度；c表示目标卷烟的烟丝段圆周；w表示卷烟纸搭口宽度；π表示圆周率；k”表示吸阻系数，即为仅卷烟纸包裹的烟丝段开式吸阻与主流烟气流量的比值；δpd表示烟支中仅卷烟纸包裹部分烟丝段的开式吸阻；
[0016]
b、利用式(5)和式(6)分别得到目标卷烟的主流烟气流量qm与总通风率v：
[0017][0018][0019]
式(5)和式(6)中，vf表示滤嘴通风率；
[0020]
c、利用式(7)和式(8)分别得到目标卷烟的纸通风量q
p
与纸通风率v
p
：
[0021][0022][0023]
d、根据目标卷烟不同的开式吸阻目标，利用式(9)得到目标卷烟的滤棒参数：
[0024][0025]
式(9)中，δpf表示滤棒吸阻；lf表示滤棒长度；δp表示目标卷烟的开式吸阻；la表示接装纸打孔处距嘴端的长度；lb表示滤棒在接装纸打孔前的长度；lc表示目标卷烟的接装纸覆盖烟丝段部分的长度。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0027]
1、本发明通过理论推导，克服卷烟中众多因素和变量的干扰，建立了一种以滤嘴通风度为变量，卷烟结构特征参数和物理特征参数之间的量效关系数学模型；解决了目前的技术难题，明确了卷烟结构与物理参数之间的相互关系。
[0028]
2、本发明建立的基于卷烟结构特征参数和物理特征参数之间的量效关系数学模型的数字化设计方法，实现了卷烟结构、烟支特征参数的一体化数字化设计，通过该数字化设计方法进行产品设计工作，一是能实现以滤嘴通风度为变量的卷烟产品设计工作，提高了产品设计效率；二是能通过数字化的设计，减少了设计环节中的实际物料、人力投入，节约设计成本。
[0029]
3、本发明建立的数字化设计方法，实现了不同卷烟结构、烟支特征参数的一体化设计，通过本方法，即能实现不同规格卷烟产品的设计工作，适用范围广。
[0030]
4、本发明建立的数字化设计方法，通过理论推导建立的卷烟结构特征参数和物理特征参数之间的量效关系数学模型科学、方便、准确、可靠。通过该数字化设计方法的应用和培训，能快速使新从业人员了解相关设计方法，提高了从业人员的培训效率和工作效率。
附图说明
[0031]
图1是本发明的设计流程框图；
[0032]
图2是本发明仅卷烟纸包裹部分烟丝段空气流量示意图。
具体实施方式
[0033]
本实施例中，一种卷烟数字化设计方法是基于卷烟结构参数和物理特性之间量效关系，建立各参数的数学关系表达，最终到达卷烟结构参数、物理特征参数和滤棒参数的一体数字化设计的目的。
[0034]
基于卷烟中基本参数的概念、检测方法及卷烟结构和物理特性，做出以下假设：
[0035]
(1)烟丝段各组分烟丝分布为较为均匀，或其波动较小，视作均匀分布；
[0036]
(2)空气在卷烟内的流动为一维流动；
[0037]
(3)空气在卷烟烟丝段、滤嘴段、卷烟纸中的流动均满足达西定律；
[0038]
(4)卷烟接装纸除了通风孔外区域均不透气；
[0039]
(5)卷烟和空气物性参数在气流流动过程中保持固定不变，在环境温湿度为温度(22
ꢀ±
2)℃，湿度(60
±
5)％条件下的数值；
[0040]
(6)卷烟气流入口端、卷烟纸及滤嘴通风孔外围均为大气压，压降为0；
[0041]
基于以上假设，通过数学模型计算，建立卷烟总通风率、纸通风率、主流烟气通风率、开式吸阻与卷烟结构参数与物理指标之间的数学关系模型，从而开展卷烟数字化设计；具体的说，如图1所示，该方法是按如下步骤进行：
[0042]
步骤1、将烟丝卷制成烟丝段或包含烟丝段和滤棒段的烟支，并检测烟丝段或烟支的基本物理参数，从而利用式(1)得到目标卷烟的烟丝渗透系数k：
[0043][0044]
式(1)中，烟丝渗透系数k的单位为cm2/(kpa
×
秒)；单位l0表示烟丝段的长度，单位为cm；c0表示烟丝段的圆周，单位为cm；δp0表示烟丝段的全包裹吸阻，单位为kpa；若卷制成烟支，则利用式(2)得到δp0：
[0045][0046]
式(2)中，δp
fil
表示烟支所用滤棒的初始吸阻，单位为kpa；l
fil
表示烟支所用滤棒的初始长度，单位为cm；l
01
表示烟支中滤棒的长度，单位为cm；
[0047]
烟丝性能仅由烟丝本身特性决定，因此，通过该系数的引入，对不同规格卷烟产品的烟丝性能进行了统一，因而解决了不同卷烟由于规格的不同，烟丝含量变化差距较大不便于整体设计的问题。
[0048]
步骤2、基于目标卷烟的结构和卷烟纸透气度，以滤嘴通风度为变量，得到目标卷烟的总通风率、纸通风率、主流烟气流量、滤棒所构成的一体化卷烟数字化设计模型；
[0049]
a、利用式(3)和式(4)分别得到通风度分布系数k’和吸阻系数k”：
[0050][0051][0052]
式(3)和式(4)中，k’表示通风度分布系数，即为目标卷烟的卷烟纸通风量与主流烟气流量的比值；q
p
表示纸通风量，单位为ml/秒。qm表示目标卷烟的主流烟气流量，单位为
ml/ 秒；a
p
表示卷烟纸透气度，单位为cu；ld表示仅卷烟纸包裹部分烟丝段的长度，单位为cm； c表示目标卷烟的烟丝段圆周，单位为cm；w表示卷烟纸搭口宽度，单位为cm；π表示圆周率；k”表示吸阻系数，即为仅卷烟纸包裹的烟丝段开式吸阻与主流烟气流量的比值；δpd表示烟支中仅卷烟纸包裹部分烟丝段的开式吸阻，单位为kpa；
[0053]
通风度分布系数建立了卷烟纸通风量与主流烟气气流量的比值关系，吸阻系数建立了仅卷烟纸包裹的烟丝段开式吸阻与主流烟气流量的比值关系。该两个系数是基于仅卷烟纸包裹部分烟丝段的基础数学关系，运用数学中的极限思想推导得到的，推导过程简述如下：该部分烟支段圆周为c，长度为ld，烟支截面积为s，卷制搭口宽度为w，卷烟纸截面积为a＝(c-w)
ꢀ×
ld,烟丝渗透系数为k，卷烟纸透气度为ap，假想将该部分烟丝段平均分成n段,基于相关假设，每一段均应符合达西定律，每一段的长度为dl＝ld/n，每一段卷烟纸截面积da＝(c-w)
ꢀ×
dl，每一段的空气流量分别为q1、q2、q3、
……qn
，则q
p
＝q1 q2
…
qn，每一段与上一段的压差分别为δp1、δp2、δp3、
……
δpn，则δpd＝δp1 δp2
…
δpn，如图 2所示；
[0054]
推过数学推导，得到式(5)和式(6)，从而得到通风度分布系数k和吸阻系数k”。
[0055][0056][0057]
b、利用式(7)和式(8)分别得到目标卷烟的主流烟气流量qm与总通风率v：
[0058][0059][0060]
式(7)和式(8)中，vf表示滤嘴通风率。式(7)和式(8)是基于卷烟中主要参数的概念和检测方法，利用a中通风度分布系数k，得到以滤嘴通风度vf为变量的表达关系。
[0061]
c、利用式(9)和式(10)分别得到目标卷烟的纸通风量q
p
与纸通风率v
p
：
[0062][0063][0064]
式(9)和式(10)建立了纸通风量和纸通风率的表达，是基于卷烟中主要参数的概念和检测方法，利用a中通风度分布系数k，得到以滤嘴通风度vf为变量的表达关系。
[0065]
d、根据目标卷烟不同的开式吸阻目标，利用式(11)得到目标卷烟的滤棒参数：
[0066][0067]
式(11)中，δpf表示滤棒吸阻，单位为kpa；lf表示滤棒长度，单位为cm；δp表示目标卷烟的开式吸阻，单位为kpa；la表示接装纸打孔处距嘴端的长度，单位为cm；lb表示滤棒在接装纸打孔前的长度，单位为cm；lc表示目标卷烟的接装纸覆盖烟丝段部分的长度，单位为cm。
[0068]
式(11)是基于卷烟中主要参数的概念和检测方法，根据卷烟空气一维流动，吸阻具有累积效应，从而利用步骤二中通风度分布系数k和吸阻系数k”，得到以滤嘴通风度vf为
变量的表达关系。
[0069]
本发明以下结合实施例做进一步描述。
[0070]
例1，以某烟丝的97(30 67)mm
×
17mm、89(30 59)mm
×
20mm、84(25 59)mm
×
24.4mm 三种规格卷烟设计为例，其设计目标如表1所示：
[0071]
表1 三种规格卷烟设计目标
[0072]
卷烟规格97(30 67)mm
×
17mm89(30 59)mm
×
20mm84(25 59)mm
×
24.4mm卷烟圆周1.7cm2.0cm2.44cm烟丝段长度6.7cm5.9cm5.9cm滤棒段长度3.0cm3.0cm2.5cm接装纸长度3.6cm3.5cm3.4cm打孔距嘴端长度1.2cm1.2cm1.3cm卷烟纸搭口宽度0.2cm0.2cm0.2cmla长度1.2cm1.2cm1.3cmlb长度1.8cm1.8cm1.2cmlc长度0.6cm0.5cm0.9cmld长度6.1cm5.4cm5.0cm
[0073]
步骤1将某烟丝卷制成84(25 59)mm
×
24.4mm规格的烟丝段或烟支，烟支滤棒使用 2800pa/100mm(一切四)，检测其全包裹吸阻及其他物理参数，计算烟丝渗透系数k，结果如表2所示：
[0074]
表2 烟丝渗透系数k检测结果
[0075][0076]
步骤2基于卷烟总通风率、纸通风率、主流烟气通风率、开式吸阻与卷烟结构参数与物理指标之间的数学关系模型表达式，分别计算不同规格的通风度分布系数和吸阻系数，以不同滤嘴通风为变量，以不同开式吸阻为目标，完成不同规格卷烟的数字化设计工作。
[0077]
(1)97(30 67)mm
×
17mm卷烟设计：以卷烟纸透气度为70cu，滤嘴通风度分别为0％、 20％、40％、60％，开式吸阻分别为1.1、1.2、1.3kpa为例，分别得到该规格卷烟一系列计算结果与设计方案如表3：
[0078]
表3 97(30 67)mm
×
17mm规格卷烟产品设计方案
[0079][0080]
(2)89(30 59)mm
×
20mm卷烟设计：以卷烟纸透气度为60cu，滤嘴通风度分别为 0％、20％、40％、60％，开式吸阻分别为1.1、1.2、1.3kpa为例，分别得到该规格卷烟一系列计算结果与设计方案如表4：
[0081]
表4 89(30 59)mm
×
20mm规格卷烟产品设计方案
[0082][0083]
(3)84(25 59)mm
×
24.4mm卷烟设计：以卷烟纸透气度分别为50cu，滤嘴通风度分别为0％、20％、40％、60％，开式吸阻分别为0.9、1.0、1.2kpa为例，分别得到该规格卷烟一系列计算结果与设计方案如表5：
[0084]
表5 84(25 59)mm
×
24.4mm规格卷烟产品设计方案
[0085][0086]
从以上实施例可以看出，采用本发明的方法，可以获得卷烟产品的整体数字化设计方案。