阅读说明：本技术 一种不燃烧卷烟加热器导热管的设计方法 (Design method of heat conduction pipe of non-combustion cigarette heater ) 是由 阮艺斌 邓波 张小涛 王维维 黄新民 刘剑 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供的一种不燃烧卷烟加热器导热管的设计方法；步骤为：本发明通过三维建模有效对导热管结构进行分析使不燃烧卷烟加热器通过在加热器导热管上设置开孔,可实现有效加热区实时迁移；有效加热区的迁移可逐步对新鲜烟草材料进行加热,提高烟草材料在抽吸过程中的加热均匀性；加热器导热管上设置开孔可降低热量的迁移速度,保证加热器局部温度的快速上升,提高烟草材料的加热效率,减少抽吸预热时间；有效减少初始加热的烟草材料量,降低第一口或第二口抽吸时烟碱的释放量,降低劲头和刺激性,改善抽吸体验。(The invention provides a design method of a heat conduction pipe of a non-combustion cigarette heater; the method comprises the following steps: according to the invention, the structure of the heat conduction pipe is effectively analyzed through three-dimensional modeling, so that the non-combustible cigarette heater can realize real-time migration of an effective heating area by arranging the opening on the heat conduction pipe of the heater; the transfer of the effective heating area can gradually heat the fresh tobacco material, so that the heating uniformity of the tobacco material in the smoking process is improved; the arrangement of the holes on the heat conducting pipe of the heater can reduce the migration speed of heat, ensure the rapid rise of the local temperature of the heater, improve the heating efficiency of tobacco materials and reduce the suction preheating time; effectively reduce the amount of tobacco material that is initially heated, reduce the amount of nicotine released during the first or second puff, reduce strength and irritation, improve the smoking experience.)

一种不燃烧卷烟加热器导热管的设计方法

技术领域

本发明涉及一种不燃烧卷烟加热器导热管的设计方法。

背景技术

加热不燃烧卷烟是通过加热不燃烧烟草的方式向消费者提供尼古丁和烟草特征香气。由于烟草材料不参与燃烧，受热温度低于500℃，主流烟气中高温裂解产生的有害物质的释放量得到大幅度降低；同时，烟草材料在加热过程中处于较为密闭的空间，基本无侧流烟气，大大降低二手烟的危害。目前市面上相关产品以电加热方式为主，如菲莫Iqos烟具、英美烟草的Glo等。但市面上主要的加热烟具都普遍存在一个问题，即烟具的加热区固定，在加热过程中烟支位置也是固定，出现了对烟草材料反复加热的情况，从而导致了加热不燃烧卷烟烟气逐口抽吸不一致现象。以Glo配套其烟支的烟气分析为例，烟碱出现明显逐渐下降趋势。为了解决这个问题，其采用了分段加热技术，但其烟气总体上也出现了两段式下降趋势。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种不燃烧卷烟加热器导热管的设计方法。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种不燃烧卷烟加热器导热管的设计方法；步骤为：

1根据不燃烧卷烟的烟卷和加热器设计导热管的形状结构；

2使用三维软件制图建立导热管的三维建模型；

3将导热管上影响导热管温度的变量在导热管三维模型中建立并进行有限元分析；

4选择最优结构并测试。

所述影响导热管温度的变量包括导热管的长度、加热器安装数量、导热管上开孔位置及孔的结构。

所述导热管的形状为圆筒，圆筒的两个相对外壁设置有外缘平台。

所述导热管的内径为4.55～6.55mm，长度为35～55mm，厚度为0.15～0.35mm。

所述导热管上开孔位置原理加热器的安装位置，孔的形状为矩形，孔的宽度为2～5mm，孔的长度为4～12mm。

所述加热器安装数量为1-2个。

所述孔的数量为1～4个。

所述孔沿导热管轴向均匀分布且在远离热源的一端

本发明的有益效果在于：通过三维建模有效对导热管结构进行分析使不燃烧卷烟加热器通过在加热器导热管上设置开孔，可实现有效加热区实时迁移；有效加热区的迁移可逐步对新鲜烟草材料进行加热，提高烟草材料在抽吸过程中的加热均匀性；加热器导热管上设置开孔可降低热量的迁移速度，保证加热器局部温度的快速上升，提高烟草材料的加热效率，减少抽吸预热时间；有效减少初始加热的烟草材料量，降低第一口或第二口抽吸时烟碱的释放量，降低劲头和刺激性，改善抽吸体验。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是单孔导热管温度场稳态云图；

图3是单孔导热管最低温度对比图；

图4是不同时刻导热管温度场分布图；

图5是加热效果对比分析图；

图6是多孔导热管稳态温度场分布图；

图7是多孔导热管不同时刻温度场分布图；

图8是多孔导热管瞬态温升曲线图；

图9是不同材料导热管稳态温度场分布图；

图10是不同材料导热管瞬态温升曲线图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

一种不燃烧卷烟加热器导热管的设计方法；包括，

根据不燃烧卷烟的烟卷和加热器设计导热管的形状结构；

使用三维软件制图建立导热管的三维建模型；

将导热管上影响导热管温度的变量在导热管三维模型中建立并进行有限元分析；

选择最优结构并测试。

所述影响导热管温度的变量包括导热管的长度、加热器安装数量、导热管上开孔位置及孔的结构。

所述导热管的形状为圆筒，圆筒的两个相对外壁设置有外缘平台。

图1为导热管原始模型，导热管内径为5.45mm，长度为40mm，厚度为0.25mm，外缘平台宽度为3mm，长度为40mm，加热片为15mm*3mm*0.3mm的矩形薄片，与导热管上平台沿端面贴合。

由于需要分析导热管上开孔大小、开孔位置对温度场分布的影响，所以需要对开有不同位置、不同大小孔的加热器进行分别建模，考虑到后期加工难度，开孔形状暂定为矩形。开孔导热管具体参数如表1和表2所示。

表1单孔导热管尺寸参数

表2多孔导热管尺寸参数

由于只需要对导热管进行热分析，所以只需要以下参数：

表3各种材质物性参数

模拟参数设置：

为了计算方便和考虑到计算资源的限制，需要对模型进行合理简化，此处忽略加热片体积，将热源简化为恒温面热源，温度恒定为220℃，瞬态计算时间步长为0.01s。对各个模型分别进行稳态热分析和瞬态热分析。

所述导热管的内径为4.55～6.55mm，长度为35～55mm，厚度为0.15～0.35mm。

所述导热管上开孔位置原理加热器的安装位置，孔的形状为矩形，孔的宽度为2～5mm，孔的长度为4～12mm。

所述加热器安装数量为2个。

所述孔的数量为1～4个。

稳态热分析通常用于确定瞬态分析的初始温度条件，即模拟瞬态传热效应完全消失后的状态。图2是单孔导热管稳态分析云图，由于不考虑瞬态传热效应，此时吸热与散热达到平衡，开孔不止影响热传导效果，同时影响导热管自身热容以及导热管与空气之间的热交换效率，由图可知，加热管温度场沿长轴方向呈梯度分布。

图3为单孔导热管最低温度对比，由图可知，开孔导热管稳态最低温度均比不开孔导热管稳态最低温度低，从1-2、1-3、1-4和1-5、1-6可知，随着开孔大小增大，最低温度逐渐降低，对比1-3、1-5、1-6可知，开孔长度(弧长)不变，随着开孔宽度的增加，最低温度略有下降。由图可知，开孔弧长对导热效果的影响强于开孔宽度。

分析不同时刻导热管温度场，不同时刻温度场分布如图4所示。

如图5所示为1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6瞬态加热过程加热效果对比，图中温度为加热器最低温度。由图可知，初始温度为室温22℃，对比1-1、1-2、1-3、1-4可知，随着开孔大小(弧长)的增大，温升速率逐渐减小；对比1-3、1-5、1-6可知，随着开孔宽度增加，温升速率减小，但减小幅度很小。说明开孔弧长对温升速率的影响远大于开孔宽度。

如图6所示，不同开孔数的导热管温度场分布区别不大，随着开孔数目的增多，导热管上的最低温度略微减小，说明开孔数对导热管稳态温度场分布影响不明显。

以2-3为例，分析多孔导热管不同时刻的温度场分布，多孔导热管不同时刻温度场云图如图7所示。

图8为2-1、2-2、2-3、2-4瞬态加热过程加热效果对比，图中温度为加热器最低温度。由图可知，初始温度为室温22℃，对比可知，随着开孔数目增多，温升速率逐渐减小。

稳态热分析：

图9为不同材料导热管稳态温度场分布，假设三种材料与静止空气的对流换热系数相同，由图可知，H59导热管最低温度为201.69℃，不锈钢导热管最低温度为125.28℃，氧化铝陶瓷导热管最低温度为140.9℃，所以材料导热系数对导热管稳态温度场分布影响较大，热容对导热管稳态温度场分布影响较小。

图10为H59、不锈钢、氧化铝陶瓷导热管瞬态加热过程加热效果对比，图中温度为加热器最低温度。由图可知，H59导热管温升速率远远高于另外两种材料导热管，材料导热系数在这中间起到关键性作用。

所述孔沿导热管轴向均匀分布且在远离热源的一端。