电子烟导油绳内传热传质规律的数值分析

电子烟作为一种新型烟草产品在近些年来得到快速发展。其工作原理大致如下：电子烟雾化器通过电热丝加热具有毛细作用的导油绳,导油绳的两端与烟油相接触，烟油在毛细力的作用下输送到电加热区被加热汽化而产生烟气提供给消费者。

电子烟的质量影响因素涉及两个重要方面：一是烟油的成分组成，烟油是电子烟液的俗称，通常由烟碱、水、丙二醇、丙三醇和其他添加剂组成，其品质对感官有重要影响；二是电热雾化器[6]的工作性能，电热功率、导油绳的毛细作用和传热特性都会对烟油的汽化速率产生影响，若电热丝与导油绳接触面温度过高，将会导致与电热丝周围的烟油发生碳化，会严重影响烟气的品质和吸食口感。

电子烟导油绳内热质传递的模型

1.物理模型

导油绳是电子烟雾化器的核心部件，市场上多款主流电子烟均采用导油绳供油，导油绳的主要作用是基于内部微孔结构产生的

毛细力将烟油传输至电热丝以加热雾化，详情见表1：

本文所研究的电子烟雾化器的物理模型，主要包括烟油、导油绳等，详情见图1：

2.数学模型

导油绳内热量的传递：

导油绳为圆柱形状，由于温度场、烟油浓度场沿圆周方向分布一致，因此建模时取导油绳轴线部位二维薄片进行建模，详情见图2：

导油绳内的传质：

为了获得液体在导油绳中的扩散系数，根据菲克定律采用实验装置（配合精密天平）进行估测，详情见图三：

拟仿真软件集成及数学模型的求解方法

数值模拟采用Visual Basic（VB）编程实现，对物理模型进行了简化并采用结构网格，因为结构比较简单而省略了网格独立性验证。研究主要关注液体在导油绳内的非稳态传输过程，不包含相变后气体的冷凝过程，因此在图中没有注明出口区。根据以上数学模型及相关求解方式，基于VB语言设计了模拟仿真软件，软件界面，详情见图4：

通过对电子烟雾化器导油绳内传热传质过程的建模和求解分析得出：

本文针对电子烟雾化器所建立的传热传质数学模型能揭示导油绳内温度场和烟油液体浓度场随时间的变化规律，模型具有一定的正确性和可靠性。
在相应条件下，导油绳径向最大温度梯度和浓度梯度随时间近似成二次函数关系；液体汽化量与加热时间近似成线性关系；液体的汽化量随加热功率的增大而增加。
加热功率和扩散系数是影响导油绳干烧的两个重要因素。相应条件下的干烧时间点随加热功率的增大而近似成指数规律递减，干烧时间点随扩散系数的增加而成对数关系递减。

来源：《电子烟导油绳内传热传质规律的数值分析》，佟振鸣

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