【重磅消息】成果发布连载第二期！加热卷烟一体化设计中关键技术研发

上周一公众号已经上新，由我实验室李斌博士团队与云南中烟新型烟草研究团队合作，在国家局重大专项资助下，圆满完成了“加热卷烟烟具与烟支耦合设计关键技术研究与应用”项目所有工作，今天在“烟草工艺学术交流”公众号上首发“加热卷烟烟支烟具耦合设计平台（单机版）（Heat Analysis Bench of Optimum for HTPs，HABO 1.0）”这一工业软件系统，特别向行业加热卷烟研发者发出诚挚邀请，从今日起，开始向大家提供深度高效和开放免费的应用体验。未来我们团队将继续开发开放的云计算平台（HABO Online 1.0）（目前还在调试），及时向全行业广大用户开放免费使用。

2014年我们实验室第一次提出要对加热卷烟开展设计的时候，我们就提出加热卷烟就是“外热式反应器”的基本概念，从行业加热卷烟研发者设计一支加热卷烟的过程来看，需要同多个部门进行沟通，因为比起传统卷烟而言，我们还需要增加另外一个变量，就是“电”或者提供热源其他的性能的表述，此时我们研发者在设计时除了向传统卷烟考虑四要素以外，必须增加对热源的设计。所以设计时的这种沟通就变成了比传统卷烟设计更加低效的一件工作。

相信这次HABO 1.0公开，将对行业从业者加快设计、更新迭代产生帮助，行业加热卷烟研发者需按照一定的要求提交少许信息和已有加热卷烟产品，就能得到我们团队热情洋溢的设计、评价及优化服务，相信开发者在我们协助下，能够快速获得感兴趣的逐口烟气温度、逐口常规烟气成分、烟具表面温度，烟具热效率等等关键设计信息及其优化设计方向。重要事情说三遍，完全免费、完全免费、完全免费！先来先得，接续努力！

好吧，我们来看看HABO 1.0如何架构的吧!今天是第二期内容”加热卷烟一体化设计中关键技术研发“。

我们每个周一见?

上期内容中主要提出了该平台的三个科学问题：

1. 原料的“热”物性；2. “热”系统的结构设计；3. “热”源和“热”的传递。

在具体平台的搭建中，烟具与烟支在消费中热的解析成为关键技术问题，如何深入解决，需要从烟气的生成机制中着重考虑三个方面的问题。

首先，将三个科学问题在烟气生成中形成耦合，并考察各个要素“热的释放”，主要是烟具设计中热的释放动力学；“热的接收”，主要是烟支发烟端热的受体，这是在烟芯端中烟芯原料在逐口抽吸中在热传递后，得到的关键变量温度对烟气气溶胶形成的反应动力学，如果将该动力学看作为总包的一级反应的话，其反应常数k遵从阿伦尼乌斯规律，其总包反应动力学除与温度相关外，且包含烟芯中原料的形态、结构及各组分的含量等信息。另外在气流的作用下，向烟支各段进行传递的问题等等。这些问题的处理当然包括了烟芯物质热物性及其各段材料以及烟具结构及材料等等重要信息。重点是将热源释放动力学特征与烟芯物质热转化动力学特征结合，系统解析烟具热源热释放特性、热传递特性、烟支中烟芯烟气生成及热质传递特性、烟支中滤棒滤嘴热质传递特性及其可控的影响规律。

具体一点讲：系统性建立了加热卷烟烟支流动、传热、传质耦合模型，加热卷烟烟支烟具耦合传热模型；全方位考察了不同加热片温度、不同填充密度、不同滤嘴结构、不同滤嘴尺寸的加热卷烟内部烟气温度分布规律，逐口烟气释放规律。大量实验数据深入验证了加热卷烟烟支、烟具、滤棒滤嘴耦合传热传质模型的准确性。通过传热模型分析了加热卷烟烟具烟支传热特性与能耗特性，可以获得优化后的加热卷烟结构特征。

其次，另一个技术关键是需要描述在传递现象下的模型构建。针对不用的应用背景，我们着重构建了烟具与烟支耦合设计的零维（表观）模型与三维（结构）模型，描述了烟具与烟支不同结构下对热量传递及主流烟气逐口递送特征，并对该模型进行了全面的验证，针对相关加热卷烟产品，利用该模型进行了设计应用。在耦合烟支烟具种种模型的基础上，三维模型当然可以通过构建烟具和烟支的结构网格化，获得动力学融入网格化的自行设置中，创新性建立了加热卷烟烟芯温度场三维重构方法，在此基础上，根据设计要素简化了其建模过程，构建了烟芯零维传热传质耦合模型，尤其是结合加热卷烟烟气主要关键成分释放动力学模型；考察了加热卷烟烟气在滤嘴中的截留规律，建立了加热卷烟烟气主要关键成分滤嘴截留模型。这样，就可以形成我们形成设计平台对加热卷烟烟芯释放源项与滤嘴截留形成估计，这对我们方便获得设计者所需要获得的逐口烟气温度、逐口常规烟气成分、烟具表面温度，烟具热效率等等关键设计信息及其优化设计方向成为可能。

最后，经过验证的烟具与烟支耦合设计的零维（表观）模型与三维（结构）模型的可计算性和实现性。在关键技术中，我们在离线状态下，利用团队在建模领域的技术优势，搭建了加热卷烟产品烟具与烟支一体化设计计算模拟平台（也就是本成果中所说的一体化设计平台），为加热卷烟设计人员提供了一套基础设计工具。作为设计人员，不用去考虑具体烟支烟具滤棒等等传递原理和机制，利用项目中所构建了加热卷烟烟支、烟具、滤棒滤嘴耦合传热传质设计一体化平台，完成加热卷烟产品的设计及优化，当然我们也提供了完善的应用性验证方法。

随着该加热卷烟一体化设计平台的推广应用，我们有理由相信，这将有力推动了加热卷烟产品设计和不断优化，提升加热卷烟产品关键技术核心竞争力。

接下来两期内容，我们将继续介绍该加热卷烟一体化设计平台的基本架构和加热卷烟一体化设计优化功能及应用验证。当然我们随着大家应用需求，特别为用户逐步有计划的开放，同时我们也不断制定用户应用方案及与大家对接服务的方式。

第一期发布后，我们团队陆续接到众多加热卷烟从业者的设计需要，请大家耐心期待，我们在不断介绍过程中，一直在不断制定未来的对接服务用户的方案并完善我们的设计平台，相信在广大用户使用过程中，我们的平台将更好的为用户提供更加深入全面的设计、优化和信息服务。继续期待大家的报名。相信大家能够联系上我们的团队。

烟草行业烟草工艺重点实验室在加热卷烟研发领域竭诚为行业加热卷烟从业者提供深入、全面、可靠，创新的技术与产品方案支撑。

原文始发于微信公众号（烟草工艺学术交流）：【重磅消息】成果发布连载第二期！加热卷烟一体化设计中关键技术研发

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