直線式吸煙機(jī)罩內(nèi)風(fēng)速控制系統(tǒng)的改進(jìn)與應(yīng)用研究

嚴(yán)莉紅，趙戰(zhàn)輝，趙航，王巍巍，張鐵鋒，何愛軍，李彥輝，周駿

1上海煙草集團(tuán)技術(shù)中心北京工作站，北京市通州區(qū)萬盛南街99號 101121;

2北京歐美利華科技有限公司，北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)中和街14號B座 100176;

3中國煙草標(biāo)準(zhǔn)化研究中心，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

煙草設(shè)備與儀器

直線式吸煙機(jī)罩內(nèi)風(fēng)速控制系統(tǒng)的改進(jìn)與應(yīng)用研究

嚴(yán)莉紅1，趙戰(zhàn)輝2，趙航3，王巍巍1，張鐵鋒2，何愛軍1，李彥輝2，周駿1

1上海煙草集團(tuán)技術(shù)中心北京工作站，北京市通州區(qū)萬盛南街99號 101121;

2北京歐美利華科技有限公司，北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)中和街14號B座 100176;

3中國煙草標(biāo)準(zhǔn)化研究中心，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

利用 flow-simulation軟件建立（20+1）孔道直線式吸煙機(jī)上的罩內(nèi)風(fēng)速模型，基于該模型，認(rèn)為煙支在燃燒過程中，燃燒起始位置和結(jié)束位置間具有較大的氣流速度差，可能顯著影響煙氣捕集結(jié)果。為消除這一影響，使吸煙機(jī)罩內(nèi)氣流速度達(dá)到均勻穩(wěn)定，本文改進(jìn)了吸煙機(jī)排風(fēng)裝置并在吸煙機(jī)的防護(hù)罩下端加裝整流網(wǎng)。實驗結(jié)果表明，改造后，當(dāng)固定位置風(fēng)速設(shè)定200 mm/s時，燃燒起始和結(jié)束位置平均風(fēng)速差由93.0 mm/s降至20.7 mm/s；CM7卷煙煙氣常規(guī)分析各指標(biāo)項測定值在組間和孔道間的變異系數(shù)顯著低于改造前，說明改造后吸煙機(jī)捕集主流煙氣常規(guī)化學(xué)成分的均勻性和穩(wěn)定性得到了提高；CM7卷煙煙氣常規(guī)分析各指標(biāo)項測定值明顯低于目前使用的常規(guī)分析用吸煙機(jī)測得的結(jié)果，兩者之間具有顯著性差異。

直線式吸煙機(jī)；氣流速度；風(fēng)速模型；風(fēng)速差；煙氣捕集

吸煙機(jī)的罩內(nèi)風(fēng)速及穩(wěn)定性極大地影響煙支燃燒過程，進(jìn)而直接影響焦油及化學(xué)成分的測試結(jié)果[1]。目前國內(nèi)外均采用依據(jù)ISO 3308—2012國際標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)參數(shù)設(shè)計的模擬人抽吸卷煙過程的吸煙機(jī)對卷煙煙氣氣相物及粒相物進(jìn)行捕集?，F(xiàn)有吸煙機(jī)類型包括直線型和轉(zhuǎn)盤式兩大類。但從外形及設(shè)計原理上兩類吸煙機(jī)有根本上的不同。轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)，整個抽吸過程是封閉式，通道共用一個抽吸單元，共用一個捕集器。而直線型吸煙機(jī)，整個抽吸過程是部分敞開的、半自動的，每一抽吸通道都是一個獨立的抽吸單元。因此直線型吸煙機(jī)進(jìn)行抽吸時，燃燒煙支周圍的氣流與外界的交流相對頻繁，受外界溫濕度、氣流波動的影響比較大，測試結(jié)果的離散程度較大。試驗證明，兩種機(jī)型在煙氣常規(guī)成分釋放量方面存在一定的差異性[2-4]。影響吸煙機(jī)檢測結(jié)果差異產(chǎn)生的主要因素有罩內(nèi)氣流速度、環(huán)境溫濕度、抽吸容量、抽吸間隔等[5]。氣流速度是影響吸煙機(jī)捕集煙氣結(jié)果的主要影響因素。氣流速度過快則導(dǎo)致整個吸煙過程中煙支陰燃速度加快，吸煙口數(shù)減少，煙氣常規(guī)成分釋放量偏低，氣流速度慢則反之。吸煙機(jī)氣流速度與煙氣分析結(jié)果( 焦油量、CO ) 有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系[6]。又由于卷煙焦油的產(chǎn)生與吸煙的頻率、長度有一定的關(guān)系。單位時間內(nèi)抽吸口數(shù)越多，焦油的生成量就越多。當(dāng)點燃處越接近末端時，生成的焦油幾乎大部分都被捕集，一支卷煙的前半截與后半截生成的焦油量之比約為1∶1.4[7]，風(fēng)速的變化在最后幾口抽吸過程中對結(jié)果的影響也更加顯著。目前直線型吸煙機(jī)采用普通風(fēng)機(jī)和球形閥和風(fēng)門來調(diào)節(jié)吸煙時的整體罩內(nèi)氣流速度，但在吸煙過程中環(huán)境因素對氣流速度影響很大，而且影響氣流速度的因素還有風(fēng)場不穩(wěn)性和不均勻性[8]。

因此，本文通過建立罩內(nèi)風(fēng)速模型，模擬正常吸煙狀態(tài)下氣流速度變化，找出風(fēng)速變化的影響因素及規(guī)律，并進(jìn)一步改造直線型吸煙機(jī)影響氣流速度的調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)，增加整流網(wǎng)及層流芯以期最大限度減少環(huán)境因素及風(fēng)場不穩(wěn)性和風(fēng)場不均勻性導(dǎo)致的風(fēng)速變化，保證煙氣測定結(jié)果的穩(wěn)定性。

1 設(shè)備、材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

歐美利華直線型（20+1）孔道吸煙機(jī)(歐美利華科技有限公司，北京）；ThermoAir3 風(fēng)速儀（舒耐克特(Schiltknecht)公司，瑞士）；HF調(diào)速風(fēng)機(jī)（鴻冠公司，中國）；定制多層金屬整流絲網(wǎng)（歐美利華科技有限公司，北京）；定制單向?qū)恿鞣涓C芯（歐美利華科技有限公司，北京）；分析天平（梅特勒托利多公司，瑞士）；恒溫恒濕箱（MMM公司，德國）；HP7890氣相色譜儀（安捷倫科技有限公司，美國）；CORESTA監(jiān)控?zé)烠M7（Routine Analytical Chemistry Sub-Group,美國）。

1.2 研究方法

1.2.1 吸煙機(jī)風(fēng)速模型的建立

按照GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求[9]，室內(nèi)風(fēng)速在200-300mm/s范圍波動。ISO 3308—2012標(biāo)準(zhǔn)對風(fēng)速的測量僅僅規(guī)定了固定點的測量，對燃燒過程中的風(fēng)速沒有明確規(guī)定[10]?，F(xiàn)有直線型和轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)風(fēng)速的測量都采用了煙支軸向位置上的固定點，但無法控制煙支在整個燃燒過程中風(fēng)速的一致性。因此，為了解風(fēng)速在煙支整個燃燒過程中的變化趨勢，應(yīng)用 flow-simulation流體力學(xué)軟件，在（20+1）孔道吸煙機(jī)上建立風(fēng)速模型，模擬正常吸煙時煙支燃燒過程中氣流速度的變化趨勢，并形成模擬圖。

1.2.2 吸煙機(jī)風(fēng)速的模擬結(jié)果驗證

為了驗證模擬結(jié)果，對現(xiàn)有吸煙機(jī)風(fēng)速測量裝置進(jìn)行了改裝，將原來的固定位置更改為前后可調(diào)節(jié)裝置，通過調(diào)整風(fēng)速儀的插入深度，測量煙支燃燒過程中前后多點風(fēng)速。

1.2.3 吸煙機(jī)風(fēng)速均勻性及穩(wěn)定性的控制方法改進(jìn)

首先改進(jìn)吸煙機(jī)煙道位置的調(diào)速風(fēng)機(jī)，此調(diào)速風(fēng)機(jī)的優(yōu)勢是調(diào)節(jié)風(fēng)速簡單、方便，可直接將煙支燃燒產(chǎn)生的煙氣排出室外。調(diào)速風(fēng)機(jī)可通過調(diào)節(jié)外部風(fēng)速控制旋鈕，直接改變風(fēng)機(jī)排風(fēng)量，從而調(diào)整風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)速。

在吸煙機(jī)防風(fēng)罩下的進(jìn)空氣端，增設(shè)整流網(wǎng)9，外部的新鮮空氣將通過調(diào)速風(fēng)機(jī)經(jīng)整流網(wǎng)9均勻地流入煙支的燃燒段。整流網(wǎng)的作用是將卷煙在燃燒過程中受外界干擾的空氣流速和空氣流向經(jīng)整流網(wǎng)整流成層流狀態(tài)并將調(diào)速風(fēng)機(jī)1抽吸帶來的氣流擾動整流，保證各個孔道間的風(fēng)速均勻一致。在吸煙機(jī)煙支燃燒的上端加裝層流芯5，層流芯的作用是將調(diào)速風(fēng)機(jī)1開啟后產(chǎn)生的氣流均勻地分成多個等速氣流，確保緩沖區(qū)3的氣流出口風(fēng)速一致。在吸煙機(jī)調(diào)速風(fēng)機(jī)的進(jìn)口端加裝多路歧管2，將調(diào)速風(fēng)機(jī)1產(chǎn)生的氣流均勻地分成多個等速氣流，保證緩沖區(qū)3內(nèi)的氣流均勻地被抽出。這樣，當(dāng)調(diào)速風(fēng)機(jī)1開啟時，吸煙機(jī)防風(fēng)罩下端的室內(nèi)環(huán)境空氣，經(jīng)整流網(wǎng)9均勻地流入煙支的燃燒段，使卷煙7得到充分燃燒；卷煙燃燒產(chǎn)生的煙氣穿過單向?qū)恿餍?后，經(jīng)調(diào)節(jié)板4收窄（避免了緩沖區(qū)3內(nèi)產(chǎn)生的紊流氣體回流）。氣流在緩沖區(qū)3內(nèi)混合均勻，并通過多路歧管2被調(diào)速風(fēng)機(jī)抽出，抽出后的煙氣沿著寬度200mm的風(fēng)道被排出室外。（見圖1）

圖1 改進(jìn)后的直線式吸煙機(jī)氣流控制系統(tǒng)Fig.1 Improved air-flow control system of linear smoking machin e

1.2.4 吸煙機(jī)改造前、后煙氣測定結(jié)果的差異比較

按照 GB/T 16447—2004 煙草和煙草制品 調(diào)節(jié)和測試的大氣環(huán)境規(guī)定的條件調(diào)節(jié)樣品,在 GB/T 16450—2004常規(guī)分析用吸煙機(jī)定義和標(biāo)準(zhǔn)條件規(guī)定的條件下，采用 ISO4387— 2000卷煙用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測定總粒相物和焦油、GB/T 23356—2009卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測定非散射紅外法、GB/T 23355—2009卷煙 總粒相物中煙堿的測定 氣相色譜法和GB/T 23203.1—2008卷煙 總粒相物中水分的測定氣相色譜法進(jìn)行抽吸卷煙和測定煙氣指標(biāo)。改造前樣品，按ISO條件下，每通道抽吸5支卷煙，每個測試項目進(jìn)行4個通道平行試驗，進(jìn)行5組實驗。改造后樣品，按ISO條件下，每通道抽吸5支卷煙， 20個通道平行試驗，進(jìn)行4組實驗。實驗采用CORESTA監(jiān)控?zé)烠M7。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸煙機(jī)風(fēng)速模型的建立

應(yīng)用 flow-simulation流體力學(xué)軟件，在直線式（20+1）孔道吸煙機(jī)上建立風(fēng)速模型，模擬正常吸煙時煙支燃燒過程中氣流速度的變化形態(tài)，并形成模擬圖（見圖2）。

圖2 現(xiàn)有直線式（20+1）孔道直線型吸煙機(jī)風(fēng)場風(fēng)速模擬圖Fig.2 Simulation diagram of air-flow field and air-flow speed for the original (20+1) channel linear smoking machine

按照ISO 3308—2012標(biāo)準(zhǔn)，卷煙燃燒時，燃燒點附近風(fēng)速應(yīng)控制在（200±30） mm/s。而根據(jù)現(xiàn)有吸煙機(jī)在 flow-simulation軟件中建立風(fēng)速模型，模擬正常吸煙機(jī)煙支在燃燒過程中的風(fēng)速，通過計算得出，煙支在燃燒過程中，起始至結(jié)束位置的風(fēng)速差異大于70 mm/s，遠(yuǎn)大于人在正常吸煙環(huán)境下的10-50 mm/s的差值，且煙支燃燒點在接近規(guī)定的燃燒終止線時，其附近風(fēng)速已經(jīng)降至143 mm/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于170 mm/s的低限。測量點風(fēng)速值越高，前后的風(fēng)速差異也越大。這樣就會造成煙氣總粒相物測定的正偏差。

2.2 吸煙機(jī)風(fēng)速變化模擬結(jié)果的實際驗證

將固定位置風(fēng)速分別調(diào)節(jié)到每孔道平均200 mm/s（表1）和180 mm/s（表2）,然后調(diào)整風(fēng)速儀插入的深度得到以下結(jié)果。

通過對現(xiàn)有吸煙機(jī)風(fēng)速控制模式下不同卷煙燃燒位置的風(fēng)速的實際測量結(jié)果看，煙支在燃燒過程中隨著燃燒點距煙支燃燒終止線距離越近，風(fēng)速值逐漸降低。當(dāng)固定位置風(fēng)速設(shè)定200 mm/s時，煙支點燃端與燃燒末端風(fēng)速差的變化范圍在89-107 mm/s之間，平均值為93.0 mm/s；固定位置風(fēng)速設(shè)定180 mm/s時，煙支點燃端與燃燒末端風(fēng)速差的變化范圍在65-85mm/s之間，平均值為76.1 mm/s。煙支在燃燒末端風(fēng)速降低達(dá)36%～54%。點燃端風(fēng)速值越高，煙支點燃端與燃燒末端風(fēng)速差的變化范圍可能也越大。

表1 改進(jìn)前平均風(fēng)速設(shè)定200 mm/s 時，直線式（20+1）孔道吸煙機(jī)煙支燃燒過程風(fēng)速測試結(jié)果Tab.1 Test results of air-flow speed for (20+1) channel linear smoking machine in smoking process before the air-flow control system was improved （average flow speed set：200 mm/s）

表2 改進(jìn)前平均風(fēng)速設(shè)定180 mm/s 時，（20+1）孔道吸煙機(jī)煙支燃燒過程風(fēng)速測試結(jié)果Tab.2 Test results of air-flow speed for (20+1) channel linea r smoking machine in smoking process before the air-flow contro l system was improved （average flow speed set：180 mm/s）

另外，在實驗中還發(fā)現(xiàn)，在測量風(fēng)速時，人員在室內(nèi)來回走動也對風(fēng)速產(chǎn)生顯著影響，引起風(fēng)速儀顯示值的波動。這種風(fēng)速變化也會影響卷煙的燃燒過程，進(jìn)而影響卷煙煙氣氣相物和粒相物的捕集和有關(guān)化學(xué)成分的測定結(jié)果的穩(wěn)定性，因此，有必要對其進(jìn)行改進(jìn)。

2.3 吸煙機(jī)風(fēng)速控制裝置的改造

吸煙機(jī)改造初期的模擬設(shè)計，利用流體力學(xué)軟件模擬吸煙機(jī)風(fēng)速總體流量及流速，以期找出影響半開放式直線型吸煙機(jī)風(fēng)速穩(wěn)定性及均勻性的因素。首先確定氣流速度的總體流速及分布狀態(tài)，得到吸煙機(jī)的氣流速度分布。從風(fēng)速的分布圖（圖3）可看出，吸煙機(jī)在煙支燃燒階段的氣流速度完全處于低風(fēng)速狀態(tài)，當(dāng)氣流進(jìn)入垂直上升階段及長方形箱體時，氣流速度由低風(fēng)速向中風(fēng)速遞進(jìn)，當(dāng)風(fēng)速由長方形敞開大體積風(fēng)道口收窄至不同分路的岐路圓形管道時，風(fēng)速由中流量風(fēng)速迅速轉(zhuǎn)化到高流速階段。根據(jù)不同階段風(fēng)速的變化分布狀況，確定卷煙燃燒所處的區(qū)域即低風(fēng)速區(qū)域是我們應(yīng)該主要控制并保障風(fēng)速控制穩(wěn)定及均勻的區(qū)域。由于直線型吸煙機(jī)是半開放式的設(shè)計、周圍環(huán)境因素的變化及瞬間風(fēng)向的變化影響其風(fēng)速穩(wěn)定性及均勻性。另外低流速與中流速之間的過渡區(qū)域氣流不穩(wěn)定也會影響低流速區(qū)域的穩(wěn)定性與均勻性。

針對上述可能影響低流速區(qū)域的穩(wěn)定性與均勻性的因素，對吸煙機(jī)進(jìn)行改造設(shè)計。首先在吸煙機(jī)進(jìn)風(fēng)端加裝整流網(wǎng)，解決環(huán)境因素及瞬間風(fēng)向的不穩(wěn)定對低風(fēng)速區(qū)域的直接影響，然后在低風(fēng)速與中風(fēng)速過度區(qū)域加裝層流芯，層流芯是由密褶式玻璃纖維濾紙結(jié)構(gòu)組成的蜂窩式濾網(wǎng)，氣流風(fēng)速流經(jīng)等孔隙、定長度、低阻力的濾網(wǎng)時，降低了氣流湍流度，使各通道的氣流風(fēng)速一致性更好，從而減小氣流速度不穩(wěn)定對低風(fēng)速區(qū)域的間接影響?？紤]到中流速與高流速過渡區(qū)域會對中流速區(qū)域的風(fēng)速有較明顯的影響，氣流的傳遞也會對低風(fēng)速區(qū)域有影響，因此在此區(qū)域利用歧管分流長方形箱體緩沖氣流，間接保證中流速與低流速區(qū)域氣流速度的穩(wěn)定。

圖3 （20+1）孔道吸煙機(jī)氣體流速的分布模擬圖Fig.3 Simulation diagram of air-flow speed distribution for (2 0+1)channel linear smoking machine before improvement

按照以上設(shè)計思路，按照1:1的比例，在 flowsimulation流體力學(xué)軟件上建立了吸煙機(jī)風(fēng)道管路的模型圖（圖4）。模型參數(shù)的設(shè)置，按照GB/T 16447《煙草及煙草制品調(diào)節(jié)和測試的大氣環(huán)境》大氣環(huán)境測試要求，將測試模型環(huán)境參數(shù)按照實驗室環(huán)境大氣壓力為101 kPa，溫度22 ℃，相對濕度60%[11]進(jìn)行初始化設(shè)置。其它模擬參數(shù)設(shè)置，將風(fēng)速模型入口環(huán)境壓力設(shè)置為實驗室大氣環(huán)境壓力，流體設(shè)置為空氣，模型工作環(huán)境設(shè)置恒溫恒濕實驗室內(nèi)，并設(shè)置為絕熱狀態(tài)，不傳導(dǎo)。由于是恒溫恒濕環(huán)境，因此空氣氣體的流動并沒有因與管壁摩擦產(chǎn)生較大的熱效應(yīng)，故參數(shù)設(shè)置為絕熱，不傳導(dǎo)。又由于風(fēng)道內(nèi)表面使用材料表面較為光滑，因此設(shè)置表面粗糙度為25 μm。

吸煙機(jī)排風(fēng)裝置主要由風(fēng)機(jī)和管路組成，風(fēng)機(jī)的選擇非常重要，選擇風(fēng)機(jī)需測算吸煙機(jī)煙道排風(fēng)口同時也是風(fēng)機(jī)進(jìn)口的氣流速度流量。半開放式的直線吸煙機(jī)垂直風(fēng)道風(fēng)速流量是風(fēng)道截面積與吸煙機(jī)在煙支燃燒過程中目標(biāo)風(fēng)速的乘積。垂直風(fēng)道截面積是由風(fēng)道寬度（200 mm）和風(fēng)道長度（1500 mm）的乘積，即：3.00×105mm2。風(fēng)機(jī)整體流量=(200 mm/s)×(3.00×105mm2)=6.00×107mm3/s（216 m3/h）。

將上述設(shè)定參數(shù)輸入 flow simulation軟件，通過流體力學(xué)模型計算得出煙支燃燒過程中的風(fēng)速為320 mm/s，超過目標(biāo)流量；其原因為：實際風(fēng)速在整個風(fēng)道寬度內(nèi)并不均勻，中間為200 mm/s，兩側(cè)逐漸降低。反復(fù)調(diào)節(jié)吸煙機(jī)煙道排風(fēng)口流量的設(shè)定范圍，當(dāng)吸煙機(jī)煙道排風(fēng)口流量為144 m3/h時(圖4)，滿足吸煙機(jī)在煙支燃燒過程中目標(biāo)風(fēng)速200 mm/s。由于風(fēng)機(jī)在實際使用過程需要根據(jù)需求變化調(diào)節(jié)風(fēng)速到目標(biāo)風(fēng)速，因此在吸煙機(jī)煙道排風(fēng)口流量的1.5-2倍范圍內(nèi)，選定額定流量為248 m3/h的一款調(diào)速風(fēng)機(jī)。

圖4 （20+1）孔道直線式吸煙機(jī)改進(jìn)后的風(fēng)道模型Fig.4 Air duct model for the improved (20+1) channel linear smoking machine

2.4 吸煙機(jī)風(fēng)速控制裝置改造后風(fēng)速模型的建立

應(yīng)用 flow-simulation流體力學(xué)軟件，在改造后的（20+1）孔道吸煙機(jī)上建立風(fēng)速模型，模擬正常吸煙時煙支燃燒過程中氣流速度的變化形態(tài)，并形成模擬圖（見圖5）。

圖5 改造后直線式（20+1）孔道直線型吸煙機(jī)風(fēng)場風(fēng)速模擬圖Fig.5 Simulation diagram of air-flow field and air-flow speed for the improved (20+1) channel linear smoking machine

圖6 吸煙機(jī)改進(jìn)后各孔道風(fēng)速模擬圖Fig.6 Simulation diagram of air-flow speed for every channel o f the improved (20+1) channel linear smoking machine

從氣流速度模擬圖示上標(biāo)注的數(shù)值來看，經(jīng)過改裝風(fēng)速控制單元后的吸煙機(jī)，煙支燃燒過程中將固定位置風(fēng)速調(diào)節(jié)到每孔道平均200 mm/s時，起始至結(jié)束位置的風(fēng)速差異較小，符合人在室內(nèi)場所吸煙時環(huán)境的風(fēng)速變化特點。并且每個孔道之間的風(fēng)速差值較小且分布均勻。當(dāng)風(fēng)速流經(jīng)吸煙機(jī)防護(hù)罩兩端時，空氣與防護(hù)罩之間產(chǎn)生了摩擦，導(dǎo)致風(fēng)速低于遠(yuǎn)離防護(hù)罩端，但風(fēng)速仍在控制范圍（圖6）。

2.5 吸煙機(jī)風(fēng)速變化模擬圖的實際驗證

按照GB/T 16447 《調(diào)節(jié)和測試的大氣環(huán)境》控制實驗環(huán)境，使用瑞士生產(chǎn)的ThermoAir3風(fēng)速儀設(shè)備與斯茹林VMD數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連接，按照每孔道以10s為一個計數(shù)單位，連續(xù)讀取10次，取其平均值進(jìn)行風(fēng)速測量。實際驗證：用（20+1）孔道直線型吸煙機(jī)驗證空氣流速的均勻性，根據(jù)ISO 3308—2012《常規(guī)分析 用吸煙機(jī)定義和標(biāo)準(zhǔn)條件》對風(fēng)速測量的指導(dǎo)要求，取5個點進(jìn)行測量，其中包括吸煙機(jī)孔道的中間點、邊緣點和近邊緣點，得到以下測量結(jié)果。（表3）

表3 平均風(fēng)速設(shè)定200mm/s時，改造后（20+1）孔道吸煙機(jī)煙支燃燒過程風(fēng)速測試結(jié)果Tab.3 Test results of air-flow speed for (20+1) channel linear smoking machine in smoking process after the air-flow control system was improved （average flow speed set：200mm/s）

從實際測量結(jié)果看，煙支點燃端與燃燒末端風(fēng)速變化較小，風(fēng)速極差值均小于26.3 mm/s，較改造前大幅度降低。在實驗過程中，為驗證由于室內(nèi)人員走動瞬間對風(fēng)速的變化是否比改造前有所改善，在測量風(fēng)速時，人員特意在室內(nèi)來回走動觀察其風(fēng)速儀數(shù)據(jù)采集裝置示值風(fēng)速變化的動態(tài)，示值顯示瞬間風(fēng)速變化很小。以上實驗結(jié)果表明：吸煙機(jī)風(fēng)速裝置系統(tǒng)改裝后，外界環(huán)境變化對卷煙燃燒整個過程風(fēng)速的影響很小，卷煙燃燒各階段風(fēng)速均勻穩(wěn)定。

2.6 吸煙機(jī)改造前后煙氣常規(guī)分析指標(biāo)測定結(jié)果的差異比較

從改造前與改造后吸煙機(jī)煙氣常規(guī)分析指標(biāo)實驗數(shù)據(jù)對比看（表4），實驗結(jié)果差異較大，改造后的煙氣常規(guī)分析指標(biāo)數(shù)據(jù)整體低于改造前，降低幅度在6.1%～18.1%之間。從吸煙機(jī)在改造前、后煙氣常規(guī)分析指標(biāo)重復(fù)性實驗組間的變異系數(shù)結(jié)果看，離散程度及穩(wěn)定性明顯優(yōu)于改造前。從（表5）CM7卷煙煙氣常規(guī)分析指標(biāo)孔道間測定結(jié)果的比對分析，也可以看出，吸煙機(jī)在改造后各個孔道測得的所有指標(biāo)的變異系數(shù)也均小于改造前。以上可以說明通過改造吸煙機(jī)的風(fēng)速系統(tǒng)，吸煙機(jī)捕集主流煙氣常規(guī)化學(xué)成分的穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。

表4 改造前后（20+1）孔道直線型吸煙機(jī) CM7卷煙煙氣常規(guī)分析指標(biāo)測定結(jié)果的對比Tab.4 Comparison of the regular smoking indexes of CM7 monitor cigarettes tested before and after the (20+1) channel linear s moking machine was improved

表5 改造前后（20+1）孔道直線型吸煙機(jī) CM7卷煙煙氣常規(guī)分析指標(biāo)孔道間測定結(jié)果的比對Tab.5 Comparison of the regular smoking indexes obtained from different channels before and after the (20+1) channel linear s moking machine was improved

從（表6）可以看出，統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果表明，吸煙機(jī)改造后各項煙氣常規(guī)分析指標(biāo)值測定值都有顯著性降低。雙樣本T檢驗結(jié)果顯示吸煙機(jī)在改造前與改造后煙氣常規(guī)分析指標(biāo)具有顯著性差異。

表6 改造前后（20+1）孔道直線型吸煙機(jī) CM7卷煙煙氣常規(guī)分析指標(biāo)測定結(jié)果的統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果Tab.6 Statistical analysis results for the regular smoking ind exes of CM7 monitor cigarettes tested before and after the (20+ 1) channel linear smoking machine was improved

3 結(jié)論

通過應(yīng)用 flow-simulation軟件模擬卷煙在歐美利華（20+1）孔道吸煙機(jī)上燃燒的氣流變化情況，對原有吸煙機(jī)的氣流控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并經(jīng)實際測量驗證了改造前后整個卷煙燃吸過程風(fēng)速的變化狀況。通過改進(jìn)吸煙機(jī)排風(fēng)系統(tǒng)煙道位置的調(diào)速風(fēng)機(jī)、在吸煙機(jī)的防護(hù)罩下端加裝整流網(wǎng)，在吸煙機(jī)煙支燃燒的上端加裝層流芯等措施，很好地解決了在卷煙燃吸過程中氣流速度不均勻、不穩(wěn)定的問題。實驗結(jié)果表明，煙支在不同的燃燒階段，氣流速度在煙支前端與末端產(chǎn)生極大的風(fēng)速差導(dǎo)致氣流速度在吸煙過程中的不一致性對卷煙煙氣捕集具有顯著性影響。吸煙機(jī)風(fēng)速系統(tǒng)經(jīng)改造后，CM7卷煙煙氣常規(guī)分析各指標(biāo)項測定值在組間和孔道間的變異系數(shù)明顯低于改造前，當(dāng)固定位置風(fēng)速設(shè)定200 mm/s時，煙支在燃燒過程中起始至結(jié)束位置平均風(fēng)速差由93.0 mm/s降至20.7 mm/s，說明吸煙機(jī)改造后吸煙機(jī)捕集主流煙氣常規(guī)化學(xué)成分的均勻性和穩(wěn)定性得到了提高；煙支在燃燒過程中起始至結(jié)束位置風(fēng)速保持每孔道平均200 mm/s時，煙氣常規(guī)分析指標(biāo)顯著低于目前常規(guī)分析用吸煙機(jī)，兩者之間具有顯著性差異。

[1]范黎,張勍,苗芊,趙航.煙草專用吸煙機(jī)風(fēng)速儀的計量檢定［J］.中國煙草學(xué)報,2005（2）: 15-19.

[2]劉秀彩,許寒春,鄭捷瓊等.吸煙機(jī)機(jī)型對主流煙氣釋放量的影響［J］.福建分析測試,2009,18(4): 70-73.

[3]陳再根,王菲,禹艦,王芳.不同型號吸煙機(jī)煙氣測定結(jié)果的差異比較［J］.煙草科技,2006（11）: 42-44.

[4]唐桂芳,李小蘭,蔣光輝.不同型號吸煙機(jī)測定卷煙主流煙氣的差異性分析［J］.大眾科技,2012,14(2): 112-113.

[5]李燕垣,謝立群,潘偉才等.測定卷煙煙氣總粒相物主要影響因素[ J].煙草科技,1997 ( 4): 26-27.

[6]雷樟泉,李燕垣,劉惠民.新國標(biāo)煙氣指標(biāo)檢驗方法對測試條件的要求［J］.煙草科技,1997（3）：5-6

[7]杜詠梅，肖協(xié)忠，王允白.煙氣焦油與卷煙安全性［J］.中國煙草科學(xué),2002(2): 31-34.

[8]喬新愚.風(fēng)速計風(fēng)速測量不確定度的評定［J］.認(rèn)證與實驗室,2010(9): 65-66.

[9]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,衛(wèi)生部.GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 [ S ].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

[10]中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB /T 16450—2004《常規(guī)分析用吸煙機(jī)定義和標(biāo)準(zhǔn)條件》[ S ].北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.（ISO 3308—2012）

[11]中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. GB /T 1644—2004《煙草及煙草制品調(diào)節(jié)和測試的大氣環(huán)境》 [ S ].北京: 中 國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.（ISO 3402—1999）

[12]《Cigarettes - Determination of total and nicotine-free dry particulate matter using a routine analytical smoking machine》 (ISO 4387:2000)

[13]中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 23356—2009 《卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測定非散射紅外法》[ S ].北京: 中 國標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,2009.（ISO 8454—2007）

[14]中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. GB/T 23355—2009《卷煙 總粒相物中煙堿的測定 氣相色譜法》 [ S ].北京: 中 國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.（ISO 10315—2000）

[15]中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. GB/T 23203.1—2008《卷煙 總粒相物中水分的測定氣相色譜法》[ S ].北京: 中 國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.（ISO 10362-1）

Improvement of air-f ow control system in enclosure of linear smoking machine and its application

YAN Lihong1,ZHAO Zhanhui2,ZHAO Hang3,WANG Weiwei1,ZHANG Tiefeng2,HE Aijun1，LI Yanhui2,ZHOU Jun1
1 Beijing Working Station,Technical Center of Shanghai Tobacco Group Corp.,Ltd,Beijing 101121,China;
2 Beijing Omerica Scientific Company,Ltd,Building B,No.14,Zhonghe Street,Beijing Hi-tech Economy Development District,100176 ,China;
3 Research Center of Tobacco Standardization of China,Zhengzhou 450001,China

By establishing an air- flow speed model on a （20+1）channel linear smoking machine through flow-simulation,changing patterns of air- flow speed around cigarettes in smoking process were imitated.At different combustion stages,the gap of air- flow speed between front and rear end of a cigarette caused by air- flow could lead to changes of air- flow speed around cigarettes during smoking process,which then affect smoke trapping.By improving air exhaust device and adding steady flow net to the bottom of the enclosure of smoking machine,air- flow speed became more even and stable: intro-group and intro channel RSDs of the regular smoking indexes determined were significantly decreased and the average gap of air- flow speed between the front and the rear end of the cigarette was reduced from 93.0 mm/s to 20.7 mm/s when the air- flow speed was set at 200 mm/s.It was proved that the average air- flow speed around front and rear end of cigarettes remained about 200 mm/s at every channel during the entire smoking process after the air control system was improved.The in fluences of air- flow speed and its changing of directions to cigarette combustion and smoke trapping were reduced.Regular smoking indexes of CM7 monitor cigarettes determined are significantly lower using the improved linear smoking machine than original (ordinary) one.

linear smoking machine;air- flow speed;model of air- flow;gap of air- flow speed;smoke trapping

嚴(yán)莉紅，趙戰(zhàn)輝，趙航,等.直線式吸煙機(jī)罩內(nèi)風(fēng)速控制系統(tǒng)的改進(jìn)與應(yīng)用研究[J].中國煙草學(xué)報，2015,21（3）

嚴(yán)莉紅，工程師，主要從事煙草化學(xué)研究，13520813406@139.com

李彥輝，工程師，主要從事煙草分析儀器研究，Email:yanhuili@omerica.cn周 駿，研究員，主要從事煙草化學(xué)研究，Email:zhoujun100@sohu.com

2015-03-13

: YAN Lihong,ZHAO Zhanhui,ZHAO Hang,et al.Improvement of air-flow control system in enclosure of linear smoking machine and its application [J].Acta Tabacaria Sinica,2015,21(3)