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卷烟燃烧产生的烟气对人体健康及室内空气质量的影响日益受到大众的重视,这方面的研究也成为国内外研究人员探讨的热点课题之一。卷烟烟气是影响室内空气质量的主要污染源之一,除了刺激人的眼、鼻和咽喉外,其含有的大量有毒致癌物质也会对人们造成严重的健康威胁。因此,本文采用计算流体力学(CFD)技术和粒子图像速度仪(PIV)测量方法研究卷烟烟气透过卷烟纸向外扩散的过程,指出了卷烟烟气透过卷烟纸,以及烟气从燃烧端经由烟丝到达抽吸端的流程,揭示了烟支结构与主流烟气和侧流烟气排放过程的关联机制,为卷烟烟气的研究过程提供了一种新的研究方法、新思路,有助于烟草研究人员从卷烟烟气方面更好的理解和调控卷烟的烟支结构,对于提高卷烟企业的竞争力具有重要意义。鉴于此,本文的主要研究内容包括如下内容:1.自主研制了一套可利用PIV系统对烟气流场进行拍摄的烟气实验样机。利用该实验样机结合PIV测量系统,在烟支的不同抽吸状态下,研究烟支的侧流烟气和主流烟气向外扩散的流场;在实验机的基础上,测量了卷烟纸和烟丝的基本参数,主要包括卷烟纸的孔隙率?、平均孔径pD、烟丝孔隙率?等,为CFD数值模拟提供了输入参数及其他边界条件。2.利用烟气实验样机,在烟支的不同抽吸状态下,对烟气透过卷烟纸时的标志性产物CO含量进行测量和分析;同时在步进电机不同设定频率下,对烟支吸入端的压强进行测量。3.采用UDF程序和动网格实现烟支在不同抽吸状态下的燃烧特性;计算了作为多孔介质(Porous Media)的卷烟纸和烟丝的粘性阻力系数?1和惯性阻力系数C;在上面的基础上,采用Fluent软件的层流组分输运模型和SIMPLEC、Pressure—based算法以及二阶迎风格式对卷烟烟气在不同抽吸状态下进行CFD数值模拟,分析了卷烟纸孔隙率?、平均孔径pD、抽吸压强P对从卷烟纸外壁排出的CO气体含量影响。将采用Fluent模拟得到的烟气吸入端排出速度与PIV实验测量得到的烟气吸入端排出速度进行比较,验证CFD数值模拟的正确性。基于上面的研究内容,结果表明:1.自主研制的烟气实验机可以实现PIV系统对烟气流场的拍摄,并能配合其他手段实现CFD数值模拟的输入参数测量。2、在抽吸端的不同压强下,燃烧端的烟气扩散速度、燃烧时烟支卷烟纸测量位置产生的CO含量均随着抽吸压强的增大而增大。3、在卷烟纸孔隙率为0.415-0.482之间时,对从卷烟纸外壁排出的CO气体含量影响不明显;卷烟纸平均孔径对从卷烟纸外壁排出的CO气体含量有一定的影响,并且CO气体排放量随着卷烟纸平均孔径增大而增多,呈非线性变化规律;抽吸压强对从卷烟纸外壁排出的CO气体含量影响较大,CO气体排放量随着抽吸压强增大而增多。4、采用Fluent软件的层流组分输运模型和SIMPLEC、Pressure—based算法以及二阶迎风格式研究卷烟烟气在不同抽吸状态下的扩散规律是正确有效的。