新型同轴芯滤嘴计算流体力学模拟及结构优化

摘要

【目的】滤嘴结构对过滤烟气烟碱等有害物质具有重要作用.计算流体力学(CFD)模拟是实现滤嘴结构设计与优化的重要手段.厘清径向分层与烟气分配对滤嘴内烟气流动与烟碱截留的影响规律，对开发高效新型滤嘴具有重要意义.【方法】本研究采用CFD模拟、实验验证和结构优化相耦合的方法，对2种新型同轴芯滤嘴(中支圆形与粗支梅花形)在单口抽吸过程中烟气流动和烟碱颗粒截留规律进行了深入探究，提出了基于兼顾过滤效率与压降的质量因子新评价指标，解析了结构参数(内外芯孔隙率、面积)变化对滤嘴内烟气流动与烟碱过滤的影响机制.【结果】模拟分析发现，中支圆形同轴芯滤嘴和粗支梅花形同轴芯滤嘴的烟碱过滤效率分别为22.04%和28.76%.与实验测试结果(22.68%和27.27%)相比，误差分别为2.72%和5.46%,表明CFD模型具有良好的可靠性.粗支梅花形同轴芯滤嘴质量因子比中支圆形同轴芯滤嘴高，表明前者烟碱截留效果优于后者.当内外芯孔隙率增加和内芯面积减小时，质量因子增大，有利于增强中支圆形同轴芯滤嘴和粗支梅花形同轴芯滤嘴的烟碱截留效果.【结论】该项工作构建了新型同轴芯滤嘴CFD模型，解析了滤嘴内烟气流动规律与烟碱截留特征，基于所提出的质量因子优化了滤嘴结构参数，为新型卷烟滤嘴结构设计与优化提供了重要参考.

关键词

纤维过滤 / 计算流体力学 / 同轴芯滤嘴 / 烟气流动 / 烟碱截留 / 结构优化

基金资助

国家自然科学基金面上项目(22478099); 湖南省教育厅重点项目(22A0015); 湖南中烟工业有限责任公司项目(KY2022JC0003)