普通醋纤香烟滤嘴内温度及烟碱分布模拟.doc

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1、普通醋纤香烟滤嘴内温度及烟碱分布模拟　　摘要：为减少香烟抽吸过程中烟碱对人体健康的危害，在ISO抽吸模式下，采用标准kε湍流模型、SIMPLE算法和多孔介质模型对普通醋纤香烟滤嘴内烟气温度与烟碱截留规律进行研究.结果表明，抽吸过程中烟气总焓随时间逐渐降低；烟碱在轴向上迁移速度快，但随着向吸食端扩散，烟碱温度逐渐降低，速度减慢，截留量也不断减少；径向上烟碱在热泳力作用下，布朗无规则运动加剧，烟碱在每一截面上分布较分散，烟碱截留效率降低.普通醋纤香烟滤嘴的烟碱模拟截留效率为30.59%，与相同实验条件下测得的效率接近.研

2、究结果为滤嘴的优化设计提供理论依据.　　关键词：醋纤滤嘴；数值模拟；温度分布；烟碱分布；截留效率　　中图分类号：X701.3文献标识码：A　　Abstract：Inordertoreducetheharmofthenicotinetohumanbodyduringthesuction，thedistributionofnicotineinterceptionandfluegastemperatureinthecelluloseacetatecigarettefilterunderISOsuctionmodewassi

3、mulatedviathestandardkεturbulencemodel，SIMPLEalgorithmandporousmediummodel.Theresultsshowedthatthetotalenthalpyofairdecreasedgraduallywiththetime，andthenicotinespreadquicklyanddecreasedgraduallyalongtheaxialdirection，becausenicotinetemperaturegraduallydecreased

4、andnicotineslowlymoveddownwhenspreadingtothesmokingend.Moreover，thenicotinealsodistributeddiscretely，whichreducedthenicotineinterceptefficiencybecauseofthefierceBrownianmotionunderthermophoreticforcealongtheradialdirection.Meanwhile，itisfoundthatthesimulationin

5、terceptefficiencyofcelluloseacetatecigarettefilterwas30.59%，whichwasclosetotheexperimentalefficiencyunderthesameconditions，andtheresultscanprovidetheoreticalbasisfortheoptimaldesignofthefilter.　　Keywords：acetatecigarettefiltertip；numericalsimulation；temperature

6、distribution；nicotinedistribution；interceptefficiency　　卷烟在抽吸过程中经高温燃烧、裂解等过程产生的烟气，包括烟碱、一氧化碳、氮氧化物、氨、氢氰酸、酚类等有害成分，其中烟碱占卷烟烟气总生物碱量的95%以上[1-4].烟碱对人体中枢神经有强烈刺激和麻痹作用，大量摄入会令人晕眩、呕吐甚至中毒死亡.抽吸一支烟，人体通常可吸入0.2～2.5mg烟碱[5]，因此去除香烟烟气中的烟碱对人体健康有重要意义.通常用能过滤吸收烟草烟气中多种有害成分的醋酸纤维制作卷烟滤嘴[6].目前

7、汪秋安等[7]采用固相微萃取法测定了卷烟主流烟气中的游离烟碱.曹建华[5]、王进等[8]研究了醋酸纤维滤嘴对香烟主流烟气中烟碱的去除效果.李艳平等[9]通过实验考察了卷烟滤嘴内烟碱的空间分布及过滤效率.上述工作大多需进行大量的实验，而实验研究常受到各种条件的限制，计算机模拟可降低人力、物力消耗，并准确、形象地再现滤嘴内的烟碱分布[10-12].本研究在对普通醋纤滤嘴内烟碱分布进行模拟研究的基础上[10]，进一步研究滤嘴内部烟气温度变化及其对截留烟碱量的影响，分析截留烟碱的效果.　　1几何模型及网格划分　　建立普通醋纤

8、�V嘴的几何模型，其长为28mm，圆周长为24.5mm，网格采用六面体划分，并对边界层进行加密.经网格无关性验证，选用150×100网格进行模拟，其总结点数达到270276，网格数达到260000.滤嘴几何模型及网格图如图1所示，其中，Z=28mm为过滤嘴与烟丝相连的烟丝端，Z=0为吸食端.烟气从烟丝端流向吸食端，烟碱在滤嘴内部被截留.　　2数