烟草生物质燃烧特性与机理研究

为研究烟草生物质的燃烧行为与燃烧特性,采用热重-差示扫描量热联用(TG-DSC)方法,分析了4种典型烟草生物质(烤烟中部叶丝、膨胀梗丝、膨胀烟丝和再造烟叶)在5,10,15和20Ⅱ/min升温速率下的燃烧过程。结果表明:1烟草生物质燃烧过程中存在挥发分着火和固定碳着火两次着火现象;2较高升温速率(15和20Ⅱ/min)下膨胀烟丝存在挥发分和部分固定碳共燃的现象;3通过对烟草生物质综合燃烧特性指数的计算,发现4种烟草生物质在较低升温速率(5和10Ⅱ/min)下燃烧特性差异不大,在较高升温速率(15和20Ⅱ/min)下膨胀烟丝的燃烧特性最好。

一种烟草感官评价分析方法的建立及应用

为加强烟草在制品感官质量的控制,增强卷烟产品质量的稳定性,建立了一种烟草感官对比评价分析的方法,判定测试样品与对照样品各感官指标的符合程度。依据专家调查意见对各感官指标赋予权重,利用数理统计方法结合各评吸人员的评价结果,计算出感官偏离评价指标D值,并根据D值大小判定测试样品与对照样品感官特性偏离程度。应用结果表明:该方法适用于测试样品与对照样品感官特性偏离程度的评价,可以为在制品及卷烟成品质量控制环节的评价提供一种有效方法。

烟草加料过程中双流体喷嘴雾化粒径的分布特性

为考察烟草加料工艺过程中双流体喷嘴雾化粒径的分布特性,促进烟草加料工艺优化与设计工作,利用双流体喷雾试验装置和激光喷雾测量系统,分析了雾化引射介质类型、气液比、液路温度、料液性质等因素对双流体喷雾雾化粒径及其分布的影响规律,同时利用量纲分析方法建立了双流体喷嘴雾化索特尔平均直径D_(32)的经验模型。结果表明:①雾化介质流量恒定或者液路流量恒定时,随着气液比增大,D_(32)逐渐减小,分布均匀性指数N值有所增大。②其他条件相同,随着水温的升高,D_(32)和N值均没有显著变化;随着料液温度的升高,D_(32)呈现逐渐减小的趋势,N值没有显著变化。③其他条件相同,使用不同组分料液,随着料液黏度增大,D_(32)逐渐增大;雾化介质为压缩空气时,不同组分的料液与水相比较,N值无显著变化规律;雾化介质为水蒸气时,不同组分的料液与水相比较,N值显著减小。④雾化介质为压缩空气和水蒸气的条件下,分别使用水和料液作为雾化液体,D_(32)模型预测值与实测值之间平均相对误差2.3%~3.9%,最大相对误差15.2%。

烟草等温吸脱附性能检测装置的设计与实现

为解决现有装置在温湿度控制、样品称量、程序控制等方面存在的问题,设计了一种新型烟草等温吸脱附性能检测装置。该装置主要由气体预混合单元、恒温箱体、质量称重单元以及控制与数据采集单元等部分组成。气体预混合单元主要实现饱和湿空气与干空气的混合,用于产生温度5℃-90℃,相对湿度5%-90%的混合气体;恒温箱体采用金属-保温材料-金属的3层结构,通过PID控制器对水温进行控制,保持温度恒定;质量称重单元中的实验腔与称重传感器分别独立设置,实现在高温高湿状态下准确称取样品质量;编写的上位机软件直接通过串口与各器件进行通讯,便于设定实验参数以及实现自动调节和实时监控。通过空白重复试验验证了装置的可靠性与稳定性,并考察了山东C3F烟丝样品的吸脱附性能。结果表明：该装置能够应用于烟草等温吸脱附性能检测,检测过程稳定可靠,可在线检测温度5℃-90℃和相对湿度0%-90%环境下烟草样品质量（0.000 1-100 g）随时间变化的数据,所测样品数据重复性好,能够表征该烟草样品对水分的吸脱附特性。

散体颗粒在滚筒内运动特性的实验研究与数值模拟

通过实验方法研究了不同转速下丝状散体颗粒在滚筒内的运动状态,并采用烟丝作为实验材料,测量其在滚筒内的停留时间.实验结果表明:滚筒烘丝机转速越大,颗粒在抄板的提升作用下运动越剧烈,做圆周运动的时间越少,从而导致颗粒在滚筒内的总停留时间越短.在该实验基础上利用"虚拟颗粒团"方法对滚筒内散体颗粒的运动过程进行数值建模,得到的模拟结果与实验数据吻合较好.因此,采用此数学模型模拟不同滚筒倾角条件下丝状颗粒在滚筒内的运动过程,模拟结果显示:滚筒倾角越大,丝状散体颗粒在抄板和滚筒壁面的综合作用下,纵向运动时间越少,颗粒在滚筒内停留时间越短.

滚筒内烟丝停留时间数学模型研究

利用自行设计搭建的冷态滚筒试验平台对烟丝在滚筒内的停留时间进行了研究,分别考察了不同滚筒转速、倾角、筒内气速、加料速率和含水率条件下烟丝在滚筒内停留时间的变化规律,基于Friedmam-Marshall模型,引入含水率对模型进行了修正,综合各影响因素,建立了用于预测滚筒内烟丝停留时间的数学模型,并对所建立的数学模型进行了验证。结果表明:①烟丝含水率是决定烟丝在滚筒内平均停留时间的重要因素,传统的预测模型没有考虑这一因素,不适合用于预测烟丝的停留时间;②在传统预测模型中引入含水率对模型进行修正后,模型预测值和实验测试值的偏差降低,模型精度得到提高。

流化床中细长柔性颗粒分布特性的数值研究

细长柔性颗粒的循环流化在工业生产中应用广泛,其流化特性比球形颗粒和细长杆状颗粒复杂。该文采用离散元方法,根据多刚体动力学理论及动量守恒定理,引入细长链结构描述细长柔性颗粒的运动,建立了考虑其碰撞冲击和铰约束以及摩擦作用的颗粒运动数学模型,并根据所建立的模型,对一实际冷态提升管内气固两相流进行了数值模拟以研究细长柔性颗粒的分布特性。结果发现,提升管内细长柔性颗粒分布不均匀:通常管内底部区域颗粒较多,上部区域颗粒相对较少。且细长柔性颗粒在近壁区域分布较为密集,流化过程有颗粒结团现象,与工程试验结果一致。

低速气流干燥工艺参数对梗丝加工质量的影响

采用单因素试验和正交试验的方法考察了低速气流干燥设备的加工工艺参数对梗丝质量的影响。结果表明:①在试验范围内,随来料含水率的增大,梗丝整丝率有降低趋势;随膨胀蒸汽流量的增大,梗丝填充值和碎丝率有升高趋势;随排潮风门开度的增大,梗丝填充值呈先升高后降低的趋势;热风风机频率对梗丝质量影响较小。②较适宜参数组合为:来料含水率36%、膨胀蒸汽流量700 kg/h、热风风机频率33 Hz、排潮风门开度40%,优化后梗丝整丝率提高了0.3百分点,碎丝率降低了0.1百分点,填充值提高了0.31 cm3/g,达到了提高梗丝加工质量的目的。

截面异形纤维捕集烟气气溶胶的微观研究

采用显微镜放大和CCD拍摄技术,在所建立的烟气捕集微观观测通道中对截面异形纤维捕集烟气气溶胶的过程进行拍摄,对所拍图片进行图像二值化处理,考察单丝线密度、颗粒物浓度及气体流速对烟气气溶胶在纤维迎风面覆盖率的影响。结果表明:在相同的捕集时间下,颗粒物在纤维丝迎风面的覆盖率随截面异形纤维丝单丝线密度减小而增加;颗粒物在纤维丝迎风面的覆盖率随颗粒物浓度升高而增加;在气体流速0.18～0.72 m/s范围内,颗粒物在纤维丝迎风面的覆盖率随气体流速增大而增加。

真空回潮工序对烤烟烟叶感官质量的影响

为明确真空回潮工序对烤烟烟叶感官质量的作用,将烤烟烟叶在真空回潮工序不同加工强度条件下处理,比较烟叶感官质量变化。结果表明:真空回潮工序中等以上加工强度会改变烤烟烟叶香气风格,随着加工强度增大,香气风格变化幅度增大;真空回潮工序对烤烟烟叶杂气、香气质和细腻程度影响较大,对刺激性、干净程度、香气量、干燥感、浓度和劲头影响较小;在适宜的加工强度范围内,真空回潮工序具有显著改善香气质、减少杂气和改善细腻程度的作用。

含水率对烟叶力学特性的影响

为研究烟叶力学特性与其含水率的相关性,利用恒温恒湿箱制备了5个不同含水率梯度的烟叶样品,分析了5个产区(四川会理、河南许昌、黑龙江牡丹江、云南大理、津马布韦)的C3F以及四川广元的B2F,C3F,X2F不同含水率样品的力学特性指标。结果表明:①5个产区2011年C3F烟叶样品粘附力、剪切力、拉力随其含水率的增加呈现出先增大后减小的趋势,粘附力达到最大值时的烟叶含水率大于剪切力、拉力达到最大值时的烟叶含水率。②四川广元2011年B2F,C3F,X2F烟叶样品粘附力、剪切力、拉力随其含水率的变化趋势与其他5产区C3F烟叶样品的相同,不同等级烟叶各力学特性指标达到最大值时的烟叶含水率不同。

复烤温度对片烟收缩率及大小分布的影响

研究了不同复烤温度下,不同部位片烟复烤前后的收缩率及大小分布规律。结果表明:①片烟在复烤过程中其收缩率与复烤温度呈正相关,温度越高收缩率越大,且在相同的温度下不同部位片烟收缩率关系为下部烟>中部烟>上部烟;②复烤后1000 mm2以下的片烟比例增加,1000 mm2以上的片烟比例减小,并且片烟面积越大其比例变化率越大;③复烤后片烟特征尺寸大幅减小,相同部位片烟复烤温度越大特征尺寸减小的幅度越大,相同温度下不同部位片烟特征尺寸变化率的关系为:下部烟>中部烟>上部烟;④复烤工序有利于片烟分布均匀性的提高,复烤后片烟大小分布均匀系数增大,且相同部位片烟复烤温度越高其均匀性提高越大。

基于卷烟温度检测技术的瞬时燃烧速率表征及燃烧锥区域特征分析

为了深入研究卷烟燃吸过程中的燃烧状态特征,提出了基于卷烟温度检测技术的瞬时燃烧速率表征方法,即以燃烧锥特征温度T0.5的移动表征卷烟瞬时燃烧速率;同时根据卷烟燃烧锥气相温度分布特征、传热特点,将燃烧锥划分为烟灰区、烟灰与燃烧过渡区、燃烧区和热解区。结果表明:1以燃烧锥特征温度T_(0.5)的移动情况来表征卷烟瞬时燃烧速率,同时将燃烧温度和燃烧速率关联起来,能够准确地获得卷烟在燃吸过程中烟丝实时参与燃烧反应的量。2构建了卷烟燃烧锥区域划分的约束条件。在约束条件的限定下,获得卷烟燃烧锥各区域在燃吸过程中体积的变化情况,发现随着抽吸的进行,参比卷烟3R4F燃烧锥燃烧区体积呈增大的趋势,而热解区体积则呈减小的趋势。

卷烟机剔除梗签物中含丝量的检测

为了有效控制卷烟机剔除梗签物中烟丝含量,利用两级流态化理论分离梗签与烟丝,在考察梗丝与烟丝的基本流化特性的基础上,确定了两级流态化的流速条件,建立了检测卷烟机剔除梗签物中含丝量的方法。考察了被测样品质量相同含丝量不同及梗签物含丝量相同质量不同时对检测结果的影响。结果表明:①当被测样品质量不变,在理论含丝量为0.5%～5.5%时,检测结果的标准偏差随含丝量水平的增加没有明显变化,相对误差随含丝量水平的增加有降低的趋势,即正确度有所提高;②当梗签物含丝量不变,被测样品质量为100～500 g时,检测结果的标准偏差随着质量水平的降低,略有降低;相对误差在质量为200～300 g内较小。

质构仪法测定烟叶的粘附力

为研究烟叶粘附力与烟叶质量的关系,通过分析质构仪不同参数设置对测定结果的影响,建立了利用质构仪测定烟叶粘附力的方法,利用该方法测定了四川2009年23个不同等级烟叶的粘附力,并分析了不同等级烟叶粘附力测定结果的变异系数。结果表明:①质构仪法测定烟叶粘附力的最佳测试参数为:下压探头预压速度0.5 mm/s,下压探头下压速度0.5 mm/s,感应力4500 g,挤压时间240 s,上拉速度0.5mm/s,下压探头上拉高度10 mm;②四川2009年23个不同等级烟叶粘附力存在明显差异,烟叶质量等级高,其粘附力也较大,尤其上部烟叶和下部烟叶表现得较为明显;③从不同等级烟叶粘附力测定结果的变异系数来看,高等级烟叶粘附力较大且测定结果的变异系数较小,低等级烟叶粘附力较小且测定结果的变异系数较大。

滚筒干燥器中杆状颗粒混合特性的三维数值模拟

为研究杆状颗粒在滚筒干燥器中的混合运动,建立了杆状颗粒运动特性的三维数值实验平台.采用离散元法直接跟踪滚筒中的每一个颗粒,对杆状颗粒在滚筒干燥器中碰撞、摩擦的混合运动过程进行数值模拟,并把杆状颗粒和球形颗粒在滚筒中的混合特性进行对比.结果表明:随着转速的增加,颗粒混合均匀的速度加快;滚筒内杆状颗粒和球形颗粒均在近壁区域混合程度好;杆状颗粒混合达到均匀的速度较球形颗粒快;杆状颗粒整体混合均匀程度优于球形颗粒.模拟结果还表明,杆状颗粒的混合特性与球状颗粒的混合特性存在很大区别,在以往数值模拟中将杆状颗粒假设成球形颗粒存在较大误差,对杆状颗粒所建立的模型能更好地符合杆状颗粒的运动规律.

卷烟燃吸过程中温度分布检测系统的开发与应用

卷烟燃烧锥内部温度分布检测采用的微细热电偶检测技术,存在热电偶定位不准确、热电偶易折损、被测卷烟易变形、数采系统与吸烟机不同步等问题。为此,采用微细热电偶模块化、烟支反射光定位预打孔、螺旋测微器控制插入深度等技术,研制开发了卷烟燃吸过程温度分布检测系统。应用结果表明:①烟支反射光定位预打孔技术和热电偶模块化设计,降低了操作过程中对被测卷烟造成的变形和微细热电偶的损伤;②螺旋测微器进位装置对热电偶模块插入烟支内部的轴向和径向定位,提高了热电偶检测位置的准确性,控制精度由0.5 mm提高到0.01 mm;③通过负压联动机制实现了卷烟抽吸与数据采集同步,提高了检测结果的重复性。该检测系统操作灵活,自动化程度高,有效降低了人为因素的影响,提高了工作效率。

基于计算机视觉的片烟形状测量方法

为准确描述片烟形状,基于计算机视觉提出了一种片烟形状测量方法。采用基于Mean-shift均值漂移算法的图像分割方法实现图像中片烟区域的初步提取,利用形态学梯度算法精确提取片烟轮廓。分别使用分形维数和傅里叶描述子两种方法对片烟形状进行定量描述,并以一组形状各异的片烟为测试对象,对分形维数和傅里叶描述子形状描述能力进行了分析实验。结果表明:对于不同形状的片烟,分形维数与傅里叶描述子的取值差异明显,且两种方法的取值随着片烟形状差异的扩大而增大,表现出单调性,验证了两种方法对片烟形状均具有可靠的描述能力。将两种形状定量方法同时运用于片烟形状测量系统,能够有效评价片烟形状。

造纸法再造烟叶剪切力分析

为研究剪切力对造纸法再造烟叶切丝过程的影响,明确国内外造纸法再造烟叶剪切力的差异。利用质构仪测定了国内外10个造纸法再造烟叶的剪切力,并分析了造纸法再造烟叶剪切力与其切丝刀辊电流的关系。结果表明:①国内造纸法再造烟叶的剪切力相比国外造纸法再造烟叶明显偏大;②造纸法再造烟叶剪切力随含水率的增加呈先增大后减小的趋势,其剪切力在含水率12%左右时达到最大;③造纸法再造烟叶的剪切力越大,其切丝的刀辊电流也就越大。

基于机器视觉的烟叶面积在线测量

为提高烟草打叶复烤工艺中烟叶叶片结构的检测效率,研究了用于烟叶叶片结构在线检测的叶片面积快速测量方法。采用空变模糊矩阵还原了线阵相机的场曲模糊,利用张正友标定法校正了图像畸变;提出了对噪声、照明环境不敏感的R、G分量差值阈值分割法,实现了叶片图像的高精度分割;提出了计算效率较高的叶片面积拼接法,解决了在线检测时单个叶片被分割在2幅图像中的问题。采用多线程技术,编写了并行图像处理软件,开展了重复性实验,结果表明:图像处理速度达22帧/s,能够满足在线测量要求,在100～2 500 mm2量程内,相对误差小于0.50%,变异系数小于1.01%。