摘要：研究卷烟的物理结构,对卷烟烟气降焦减害技术具有重要的理论意义。本论文利用计算流体力学仿真软件Fluent、...研究卷烟的物理结构,对卷烟烟气降焦减害技术具有重要的理论意义。本论文利用计算流体力学仿真软件Fluent、逆向工程三维重构技术、X射线三维CT显微镜和Geomagic Spark软件,从卷烟的物理结构出发,对三维卷烟烟气流动与扩散状态进行了数值模拟,主要研究内容如下:(1)通过对卷烟纸的厚度、孔隙率和平均孔径,烟丝的孔隙率,烟支燃烧过程的温度等参数的测量,为卷烟烟气数值模拟提供了参数;结合PIV技术,采用自主研发的烟气实验机,测量了烟支吸入端的压强、流量和烟支燃烧端的烟气进口速度,为卷烟烟气数值模拟提供了边界条件。(2)将卷烟作为均一的多孔介质,进行了三维卷烟烟气流动与扩散的稳态数值模拟,研究了轴向中心线上CO质量分数、烟气速度、烟气压强,卷烟纸外侧空气进入速度、CO质量分数等参数分布情况,并分析了不同的卷烟纸厚度、孔隙率对上述参数的影响,通过烟支内部温度和达西定律对烟支模型进行了验证。(3)采用X射线三维CT显微镜、Avizo Fire 8.1软件和Geomagic Spark软件进行烟支薄片的逆向重构,得到优化后的烟支薄片,采用ICEM软件对烟支薄片进行了网格划分与拼接,运用Fluent软件进行了数值模拟。通过上述研究,得到如下结论:(1)烟丝的孔隙率为0.66~0.75;靠近烟支吸入端方向,轴向中心线上CO质量分数逐渐减少、烟气速率先减小后增加、烟气负压大小逐渐增加,卷烟纸外侧空气进入速率逐渐增加、CO质量分数逐渐降低。(2)卷烟纸厚度增加和孔隙率减少均会使轴向中心线上同一位置CO质量分数增加、烟气速率减少、烟气负压大小增加,卷烟纸外侧空气进入速率减少;卷烟纸孔隙率减少会使卷烟纸外侧同一位置CO质量分数增加,而卷烟纸厚度为50μm与卷烟纸厚度为40μm和60μm相比,卷烟纸外侧同一位置CO质量分数大;在一定的条件范围内,适当减少卷烟纸的厚度,增加卷烟纸的孔隙率,能够降低主流烟气中有害物质的质量分数。(3)将逆向工程技术与数值模拟结合,初步探索了卷烟烟气在实际三维烟丝流道中的速度分布云图和速度流场,其规律与将卷烟作为均一多孔介质的三维数值模拟一致。更多还原显示全部
