一种用于指导吸阻标准棒制造的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于指导吸阻标准棒制造的方法，给定总流量，计算每一根毛细孔的初始流量，计算出每一根毛细孔的流速，计算出每一根毛细孔的流阻，计算第一毛细孔的压降，计算其余毛细孔的流量，计算得到第一毛细孔的流量，通过上述计算过程开始迭代循环，迭代至残差趋于稳定；通过以上步骤，根据毛细孔的直径d和长度L可以得到较为准确的吸阻值。该预测方法建立了吸阻标准棒内部气流流动的数学模型，得到吸阻标准棒毛细孔的孔径和长度与流量和吸阻之间的关系，进而指导吸阻标准棒的制作，为吸阻标准棒的设计提供数理支撑。为吸阻标准棒的设计提供数理支撑。为吸阻标准棒的设计提供数理支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种用于指导吸阻标准棒制造的方法


[0001]本专利技术涉及一种烟草设备标准化检测
，具体的说，涉及了一种用于指导吸阻标准棒制造的方法。

技术介绍

[0002]卷烟吸阻和滤棒压降对于卷烟感官质量和烟气成分影响显著，其数值由卷烟吸阻和滤棒压降检测设备测试得到。
[0003]而吸阻标准棒是校准卷烟吸阻和滤棒压降检测设备的标准器具，它的准确性和稳定性直接影响卷烟吸阻和滤棒压降的测试结果。
[0004]GB/T 22838.5
‑
2009《卷烟和滤棒物理性能的测定第5部分:卷烟吸阻和滤棒压降》规定了吸阻标准件的基本特征：1、压降传递标准件应由不受使用年限影响的惰性材料制成；2、应与典型的卷烟大小，形状十分相似；3、具有吸阻或压降可重复值；4、不易受环境影响而产生变化；5、通过压降标准件的空气流为层流形态。
[0005]而吸阻标准棒中的毛细通孔的孔径和长度直接决定了吸阻标准棒的吸阻值。
[0006]目前，市场上常见的吸阻标准棒，主要是依靠经验来设计毛细通孔的直径和长度，通过毛细玻璃管和环氧或者丙烯酸树脂一次性封装而成，没有理论依据作为指导，合格率较低。
[0007]为了使吸阻标准棒的生产更稳定化和精准化，为吸阻标准棒的生产提供数据支持，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种为吸阻标准棒内部气流流动建立数学模型，得到吸阻标准棒毛细孔的孔径和长度与流量和吸阻之间的关系，为吸阻标准棒的制作提供指导和数理支撑的用于指导吸阻标准棒制造的方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于指导吸阻标准棒制造的方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1)给定总流量Q
t
；
[0011]步骤2)计算每一根毛细孔的初始流量
[0012]其中N为毛细孔的数目；
[0013]步骤3)计算出每一根毛细孔的流速
[0014]其中A
k
为每一个毛细孔的截面积；
[0015]步骤4)计算出每一根毛细孔的流阻：
[0016][0017]其中，Re为毛细孔中气体的雷诺系数；
[0018]L为吸阻标准棒总长；
[0019]L
D
为未充分发展段长度；
[0020]ρ为气体密度；
[0021]d为毛细孔直径；
[0022][0023]步骤5)计算第一毛细孔的压降，ΔP1＝R1·
Q
12
；
[0024]步骤6)计算其余毛细孔的流量，
[0025]步骤7)计算得到第一毛细孔的流量，
[0026]步骤8)回到步骤3)并开始迭代循环，迭代至残差趋于稳定；
[0027]通过以上步骤，根据毛细孔的直径d和长度L可以得到较为准确的吸阻值ΔP＝ΔP1。
[0028]基上所述，步骤4)中，是通过以下步骤获得的：
[0029]流体不可压缩的以均匀速度流入毛细管中做层流流动，在毛细管粘性作用下，在进口段形成以管轴对称的边界层，在进口段终了处的流动形成完全发展的层流；
[0030]其中，无因次发展段的长度表示为：
[0031]ξ
e
＝0.0288Re
ꢀꢀ
(1)
[0032]未充分发展段的长度表示为：
[0033]L
D
＝0.0288Re
·
d
ꢀꢀ
(2)
[0034]未充分发展段压力损失系数表示为：
[0035][0036]其中，P0为圆管入口压力，P为某一点压力，u
m
为平均流速；
[0037]由公式(1)
‑
(3)可得到吸阻标准棒中毛细孔的未充分发展段的压降表示为：
[0038][0039]将未充分发展段分割为n段，从进口到第i段的压降可以表示为：
[0040][0041]从毛细管进口到第i段的压力损失系数λ
pi
与第i段压力损失系数λ
i
的关系为：
[0042][0043]其中，λ
p
通过查表的方式获得；
[0044]当边界层在圆管管壁处相交时，气体经过的管长为L
D
＝0.0288Re
·
d，此时λ
p
＝4，即
[0045]基上所述，步骤5)中，第一毛细孔的压降公式是通过以下步骤获得的：
[0046]又体积流量：Q＝u
m
·
A
ꢀꢀ
(7)
[0047]u
m
为平均流速，A为毛细孔截面面积；
[0048]结合公式(4)，可得：
[0049][0050]其中，流阻R为：
[0051][0052]其中L为标准棒总长。
[0053]本专利技术相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本专利技术通过数理化运算和气体通过圆管中流动的理论知识以及现有公开的技术资料，将气体经过毛细孔的过程分解为未充分发展段和充分发展段，并根据这两个过程中气体压力的数理化演算，得到关于压降的一系列运算公式；
[0054]然后，根据已得到的运算公式为基础，构建吸阻标准棒中气体流动的数理模型，给定总流量，然后计算单个毛细孔的压降和流量，并以该数理模型进行迭代，直到残差趋于稳定，由于模型中涉及到毛细孔的长度和孔径数据，通过吸阻(压降)和流量与长度和孔径之间的关系，对吸阻标准棒的相关生产指标进行指导，进而生产出符合要求的产品，为产品的生产提供了指导依据和数理支撑。
附图说明
[0055]图1是本专利技术中气体通过吸阻标准棒的边界层发展示意图。
具体实施方式
[0056]下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0057]如图1所示，在现有的理论研究中，有关于圆管层流和湍流进口段效应修正系数的研究，其中指出，假设：1.流体不可压缩，流动是定常的，圆管进口圆滑，在进口处的速度均
匀为一个常数；2.在进口段形成以管轴为对称的边界层，在边界层内是层流或湍流，在边界层外侧是势流；3.在进口段终了的流动形成完全发展了的层流，或者形成完全发展了的时均湍流，其速度分布为抛物线规律或者近似为幂次型速度规律。
[0058]本申请是基于这一理论基础展开的。即流体不可压缩的以均匀速度流入毛细管中做层流流动，在毛细管粘性作用下，在进口段形成以管轴对称的边界层，在进口段终了处的流动形成完全发展的层流。
[0059]其中，无因次发展段的长度表示为：
[0060]ξ
e
＝0.0288Re
ꢀꢀ
(1)
[0061]Re为毛细孔中气体的雷诺系数；
[0062]未充分发展段的长度表示为：
[0063]L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于指导吸阻标准棒制造的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)给定总流量Q
t
；步骤2)计算每一根毛细孔的初始流量其中N为毛细孔的数目；步骤3)计算出每一根毛细孔的流速其中A
k
为每一个毛细孔的截面积；步骤4)计算出每一根毛细孔的流阻：其中，Re为毛细孔中气体的雷诺系数；L为吸阻标准棒总长；L
D
为未充分发展段长度；ρ为气体密度；d为毛细孔直径；步骤5)计算第一毛细孔的压降，ΔP1＝R1·
Q
12
；步骤6)计算其余毛细孔的流量，步骤7)计算得到第一毛细孔的流量，步骤8)回到步骤3)并开始迭代循环，迭代至残差趋于稳定；通过以上步骤，根据毛细孔的直径d和长度L可以得到较为准确的吸阻值ΔP＝ΔP1。2.根据权利要求1所述的用于指导吸阻标准棒制造的方法，其特征在于：步骤4)中，是通过以下步骤获得的：流体不可压缩的以均匀速度流入毛细管中做层流流动，在毛细管粘性作用下，在进口段形成以管轴对称的边界层，在进口段终了处的流动形成完全发展的层流；其中，无因次发展段的长度表示为：ξ
e
＝0.0288Re
ꢀꢀ
(1)未充分发展段的长度表示为：L
D
＝0.0288Re
·
d
ꢀꢀ
(2)未充分发展段压力损失系数表示为：
其中，P0为圆管入口压力，P为某一点压力，u
m
为平均流速；由公式(1)
‑
(3)可得到吸阻标准棒中毛细孔的未充分发展段的压降表示为：将未充分发展段分割为n段，从进口到第i段的压降可以表示为：从毛细管进口到第i段的压力损失...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏飞，苗芊，曾波，杨荣超，于千源，张勍，史占东，贺琛，范黎，李栋，宁英豪，
申请(专利权)人：中国烟草总公司郑州烟草研究院，
类型：发明
国别省市：