利用瞬态平面热源法测量烟丝三种热物性研究

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烟丝的热物性参数(导热系数、热扩散系数、体积热容等)与烟丝热湿处理加工过程中热质传热现象密切相关。因此准确测定烟丝热物性参数,并进一步研究加工过程中烟丝热物性的变化规律,对卷烟加工工艺参数优化和烟机设备开发提供基础数据具有重要意义。   瞬态平面热源法是一种新开发的非稳态测试材料热物性方法,在其它各向异性材料(粉末、木材、建筑材料等)热物性测量中得到广泛应用,其测试过程时间短并且探头的测温装置可以准确感应被测样品的温度信息。   本课题建立了瞬态平面热源法测量烟丝热物性的试验系统,采用修正的W.Jackson表面接触理论模型预测了烟丝在不同堆积密度和含水率水平下的导热系数。主要结论如下:   1.本试验建立的瞬态平面热源法测试烟丝热物性系统,在常温下(22℃)测试烟丝热物性数据的重复性较好。导热系数测试数据标准偏差范围为:0.00012 W·m-1·K-1~0.00471W·m-1·K-1;热扩散系数测试数据标准偏差范围为:0.00371 mm2·s-1~0.02598 mm2·s-1;体积热容测试数据标准偏差范围为:0.00921 MJ·m-3·K-1~0.06537 MJ·m-3·K-1。变温测试范围(22~85℃)中分为两个阶段,第一阶段为烟丝导热系数随温度增加而上升时期,此时测试数据的重复性较好;第二阶段为烟丝导热系数随温度增加而下降阶段,由于烟丝水分挥发剧烈,此时测试数据重复性较差,尤其以体积热容为甚。   2.常温测试中烟丝导热系数、体积热容随着湿基含水率、干基堆积密度增加而增大,热扩散系数随着影响因素的增大而减小。变温测试过程中在达到烟丝水分相变点温度前,烟丝导热系数随着温度的增加而增大,相变点后规律相反;烟丝体积热容在温度达到相变点时增速加快;热扩散系数在温度达到相变点时,减小的速度加快。   3.用修正的W.Jackson表面接触理论模型较好的预测了烟丝在常温下不同堆积密度和含水率下的导热系数。该模型对堆积烟丝导热系数预测最大的优点在于,只需测试绝干状态下堆积烟丝的导热系数和烟丝表观密度。需要测试的两个变量,用目前的实验室测试技术可以保证数据的准确性。在考察的影响因素范围内预测值和实验值吻合性较好。   4.不同类型烟丝热物性参数的比较结果为:在温度达到使烟丝水分发生相变前,烟丝导热系数规律为再造烟丝>梗丝>烤烟B1F>白肋烟C3L。热扩散系数变化规律为再造烟丝>梗丝,烤烟B1F>白肋烟。体积热容变化规律为梗丝>再造烟丝>白肋烟C3L>浏阳B1F。相变点温度后,烟丝导热系数规律为再造烟丝>浏阳B1F>白肋烟C3L。热扩散系数变化规律为再造烟丝>梗丝>浏阳B1F>白肋烟C3L。白肋烟C3L体积热容成为四种烟丝类型的最大值。
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