本發(fā)明涉及卷煙參數(shù)設(shè)計(jì)，具體是一種基于卷煙結(jié)構(gòu)與物性參數(shù)的卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率以及吸阻的模型化設(shè)計(jì)方法。即提供一種基于卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)的卷煙吸阻與總通風(fēng)率數(shù)學(xué)模型表達(dá)式，根據(jù)卷煙設(shè)計(jì)要求優(yōu)化模型表達(dá)式，最終獲得卷煙結(jié)構(gòu)與物性特征參數(shù)。

背景技術(shù)：

卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率以及吸阻是卷煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的主要指標(biāo)之一，在很大程度上影響卷煙焦油釋放量、感官感受等重要產(chǎn)品質(zhì)量特性。卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)包括卷煙總長(zhǎng)度、卷煙半徑、煙絲段長(zhǎng)度、濾嘴段長(zhǎng)度、卷煙紙長(zhǎng)度、接裝紙長(zhǎng)度、卷煙紙厚度與成型紙厚度。卷煙物性參數(shù)包括煙絲段滲透系數(shù)、濾嘴滲透系數(shù)、卷煙紙透氣度、成型紙透氣度。卷煙吸阻是卷煙抽吸感的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，必須保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。卷煙總通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率是卷煙降焦減害的重要設(shè)計(jì)參數(shù)。采用單因素實(shí)驗(yàn)的方法設(shè)計(jì)卷煙的吸阻與總通風(fēng)率，一般并不能同時(shí)滿足卷煙吸阻和總通風(fēng)率的設(shè)計(jì)要求，因?yàn)閮烧吖餐艿骄頍熃Y(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)的相互作用。因此，建立基于結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與物性特征參數(shù)的卷煙吸阻與總通風(fēng)率數(shù)學(xué)模型十分必要?！耙环N調(diào)整卷煙煙支總通風(fēng)率的方法（CN201410411728.3）公開了卷煙煙支總通風(fēng)率與梗絲填充值之間存在的線性回歸關(guān)系，但是并沒有類似的專利關(guān)注同時(shí)滿足卷煙吸阻與總通風(fēng)率要求的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的正是基于上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而提供了一種基于卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)的卷煙吸阻與總通風(fēng)率的模型化設(shè)計(jì)方法，該模型能夠同時(shí)優(yōu)化卷煙的吸阻與總通風(fēng)率，為卷煙設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于卷煙結(jié)構(gòu)與物性參數(shù)的卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率以及吸阻的模型化設(shè)計(jì)方法，是以卷煙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和卷煙物性特征參數(shù)為變量，以卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率，以及吸阻為目標(biāo)函數(shù)，通過調(diào)整卷煙結(jié)構(gòu)與物性參數(shù)獲得一種滿足卷煙設(shè)計(jì)要求的優(yōu)化方法，具體步驟如下：

1）檢測(cè)現(xiàn)有卷煙的結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)，卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)包括卷煙總長(zhǎng)度、卷煙半徑、煙絲段長(zhǎng)度、濾嘴段長(zhǎng)度、卷煙紙長(zhǎng)度、接裝紙長(zhǎng)度、卷煙紙厚度與成型紙厚度；卷煙物性參數(shù)包括煙絲段滲透系數(shù)、濾嘴滲透系數(shù)、卷煙紙透氣度、成型紙透氣度，檢測(cè)卷煙的總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率以及吸阻；

2）根據(jù)卷煙通風(fēng)孔的設(shè)計(jì)要求，將卷煙分為無濾嘴通風(fēng)孔，一排濾嘴通風(fēng)孔，兩排濾嘴通風(fēng)孔三種濾嘴通風(fēng)結(jié)構(gòu)的卷煙；基于卷煙的結(jié)構(gòu)與物性特征，做出以下主要假設(shè)：（1）空氣在卷煙內(nèi)的流動(dòng)為一維流動(dòng)，從文獻(xiàn)中的數(shù)值模擬結(jié)果可以證實(shí)該假設(shè)成立；（2）空氣在卷煙煙絲段、濾嘴段、卷煙紙、卷煙成型紙中的流動(dòng)均滿足達(dá)西定律；（3）卷煙接裝紙除了通風(fēng)孔外區(qū)域均不透氣；（4）卷煙和空氣物性參數(shù)在氣流流動(dòng)過程中保持固定不變，在環(huán)境溫濕度為溫度（22+/-2）℃，濕度（60+/-5）%條件下的數(shù)值,；（5）卷煙氣流入口端、卷煙紙以及濾嘴通風(fēng)孔外圍均為大氣壓，壓降p為0，基于以上假設(shè)，根據(jù)氣流質(zhì)量連續(xù)性方程衡算，建立卷煙總通風(fēng)率，濾嘴通風(fēng)率以及吸阻和卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式：

A.卷煙總通風(fēng)率模型表達(dá)式為

式中表示卷煙總通風(fēng)率，表示卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)的函數(shù)；表示卷煙煙絲段滲透系數(shù)，單位m²; 表示空氣黏度，單位Pa?s，表示雙曲正弦函數(shù)，表示雙曲余弦函數(shù)，表示卷煙紙段長(zhǎng)度，單位m；表示卷煙紙透氣度，單位CU；表示卷煙半徑，單位m；

是卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)的函數(shù)

式中，表示每排濾嘴通風(fēng)孔的個(gè)數(shù)，表示每個(gè)通風(fēng)孔的半徑，單位m²；表示成型紙透氣度，單位CU；表示濾嘴的滲透系數(shù)，單位m²；

是卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)的函數(shù)

式中表示卷煙煙絲段長(zhǎng)度，單位m；表示卷煙濾嘴第1排孔位置，單位m；表示卷煙濾嘴第2排孔位置，單位m；

B.卷煙濾嘴通風(fēng)率模型表達(dá)式為

式中表示卷煙濾嘴通風(fēng)率；

C.卷煙吸阻模型表達(dá)式為

式中表示卷煙吸阻，單位Pa；

表示卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)的函數(shù)

式中表示卷煙總長(zhǎng)度，單位m；

表示卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)的函數(shù)

3）根據(jù)卷煙的設(shè)計(jì)目標(biāo)，即總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率以及吸阻的目標(biāo)值分別為，，，以卷煙總通風(fēng)率，濾嘴通風(fēng)率以及吸阻的表達(dá)式與目標(biāo)值之間的絕對(duì)差值作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，然后將卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)的設(shè)計(jì)取值范圍作為約束條件；同時(shí)確定卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)的設(shè)計(jì)范圍；優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為

約束條件表達(dá)式為

式中，表示卷煙煙絲段滲透系數(shù)取值的最小值與最大值，，表示卷煙濾嘴段滲透系數(shù)取值的最小值與最大值，，表示卷煙紙透氣度取值的最小值與最大值，，表示成型紙透氣度取值的最小值與最大值；

4）采用數(shù)值優(yōu)化算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得卷煙最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)，同時(shí)獲得卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率以及吸阻的最優(yōu)取值，完成卷煙化設(shè)計(jì)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)對(duì)卷煙總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率與吸阻實(shí)現(xiàn)了同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)；2)對(duì)卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)設(shè)計(jì)提供了定量設(shè)計(jì)要求3）卷煙設(shè)計(jì)優(yōu)化方法準(zhǔn)確、方便、可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的設(shè)計(jì)流程框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明以下結(jié)合實(shí)施例（附圖）做進(jìn)一步描述：

某品牌卷煙設(shè)計(jì)要求如表1所示

1）該品牌結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1卷煙參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

2）根據(jù)該卷煙無通風(fēng)孔的結(jié)構(gòu)特征，成型紙的透氣度為0，相應(yīng)的模型表達(dá)式中參數(shù)為0，簡(jiǎn)化模型表達(dá)式。

3）根據(jù)卷煙的設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)要求如表2所示。卷煙結(jié)構(gòu)參數(shù)固定不變，卷煙煙絲段滲透系數(shù)，濾嘴段滲透系數(shù)，卷煙紙透氣度為優(yōu)化變量，并給出其取值范圍。具體目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式為，約束條件為

表2卷煙設(shè)計(jì)要求

4）采用MATLAB軟件最優(yōu)化工具箱對(duì)上述多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，求得其中一組最優(yōu)解，此品牌卷煙優(yōu)化結(jié)果如表3所示

表3卷煙優(yōu)化結(jié)果

從以上實(shí)施例可以看出，采用本發(fā)明的方法可以獲得滿足卷煙設(shè)計(jì)要求的卷煙結(jié)構(gòu)與物性參數(shù)數(shù)據(jù)。