魏紫薇　郝瑞　陳書軍　崔妍　顏井坤　于承龍　彭博　王廷

摘 要：利用熱物性測量系統(tǒng)，測量了片煙原料在低溫（-30℃-20℃）、高堆積密度（0.43g/cm3?）條件下的熱物理性質，包括比熱容、導熱系數、熱擴散系數等三種常數。實驗表明，在預定實驗條件范圍內，三種片煙原料的熱物性數值相近，隨溫度變化的規(guī)律相似。具體來說，導熱系數隨溫度升高有升高趨勢，各溫度梯度下多次測量結果的數據分布在0.0867W/mK到0.0936W/mK范圍內;熱擴散系數隨溫度升高有下降趨勢，多次測量結果的數據分布在0.1189mm2/s到0.1537mm2/s范圍內;體積熱容隨溫度升高呈現明顯上升趨勢，多次測量結果的數據分布在0.5943MJ/m3K到0.8067MJ/m3K范圍內。

關鍵詞：片煙;熱物理性質;溫度;堆積密度

一、背景和意義

卷煙生產中，各種原輔材料的的庫存和轉運是生產的重要一環(huán)。在此過程中，各種原料和輔料的溫度受存放環(huán)境或運輸過程溫度的影響而不同。具體到東北地區(qū)，冬季溫濕度極低，最低溫度可達零下三十度。這種極端氣候造成在常溫庫中存放（或從外地調運來）的生產原物料（片煙原料、成品絲原料、及膨脹煙絲），其內部溫度極低（一般-10℃以下），不適于立即投入生產，必須在車間或暖庫中緩存，待其包心溫度回復到一定的終端溫度后才能投入生產加工。該過程的數學描述需要基礎數據的支持，如初始條件（緩存環(huán)境溫度、初始煙包溫度），和熱物理性質（比熱容、導熱系數、熱擴散系數等常數）。

現階段文獻報道的煙草熱物性，大多是在常溫條件下進行測試的，部分文獻出于對加熱非燃燒煙草（新型煙草）的研究目的而測定了高溫（100-300）條件下的熱物理性質，低溫（-30～20）條件下的數據尚未見報道。

所以，有必要先取得所涉范圍（-30～20）內的熱物性常數取值，為緩存溫度變化模型提供基礎數據。

二、片煙熱物理性質的測定

由于片煙煙包體積大和堆積密度高的特點，其傳熱很慢，一般情況下難以預測其溫度變化過程。需要在獲得初始條件和熱物理性質等基礎數據后，建立緩存溫度變化模型以預測其溫度變化過程。

在已知初始條件后，物料在不同時刻的溫度值，與其自身性質（比熱容、導熱系數、熱擴散系數等常數）相互關聯。一方面，不同時刻的溫度是物料熱物性的函數，即物料的升溫或降溫過程決定于環(huán)境溫度和物料熱物理性質（比熱容、導熱系數、熱擴散系數等常數）;另一方面，其熱物性常數雖為“常數”，但該值一般也是溫度的函數，即溫度不同，該常數取不同的數值。如前所述，低溫條件下的數據尚未見文獻報道，實際數據需要測試取得。

2.?1?實驗材料

2.2實驗儀器

熱物性測量系統(tǒng)由適用于不同溫度區(qū)間的熱物性測量實驗裝置、HotDisk熱常數分析儀、電腦組成，測試系統(tǒng)具有可控溫度范圍大，控溫精度高等優(yōu)點。

測試時，待測樣品置于樣品倉中，樣品倉置于水?。?～20℃）或定溫冰箱（-30～0℃）中。待樣品倉溫度穩(wěn)定在設定溫度后，進行測量。

2.3?實驗方法

選定三種片煙原料，分別為黑龍江牡丹江B3F、湖南永州C3F和黑龍江哈爾濱X2L;將片煙水分平衡調節(jié)到11%左右;模擬實際煙包內片煙狀態(tài)，將樣品堆積密度設定為0.43g/cm3;在-30℃至20℃之間設定六個溫度梯度，分別為-30℃、-20℃、-10℃、3℃、10℃、20℃，待樣品倉溫度達到設定溫度并穩(wěn)定后，連接測量電路，打開計算機和HotDisk熱常數分析儀，進行測量、記錄。每個條件下重復測量三次，取平均值。實驗計劃如表1所示。

三、結果與分析

將測量結果數據作圖，如圖1-圖3所示。

如圖所示，總體上，在預定實驗條件范圍內，三種片煙原料的熱物性在數值是相近的，隨溫度變化的規(guī)律是相似的，具體如下。

導熱系數隨溫度升高有升高趨勢，各溫度梯度下多次測量結果的數據分布在0.0867W/mK到0.0936W/mK范圍內;熱擴散系數隨溫度升高有下降趨勢，多次測量結果的數據分布在0.1189mm2/s到0.1537mm2/s范圍內;體積熱容隨溫度升高呈現明顯上升趨勢，多次測量結果的數據分布在0.5943MJ/m3K到0.8067MJ/m3K范圍內。

綜合所測數據，在-30℃至20℃的范圍內，各傳熱物理性質常數變化幅度不大。在一般工程計算中，為簡化計算過程，可取臨近溫度的數值作為固定常數，也可取變溫范圍內的平均值作為計算值使用。

四、小結

綜合所測數據，在-30℃至20℃的范圍內，各傳熱物理性質常數變化幅度不大。在一般工程計算中，為簡化計算過程，可取臨近溫度的數值作為固定常數，也可取變溫范圍內的平均值作為計算值使用。

（作者單位：黑龍江煙草工業(yè)有限責任公司，黑龍江?哈爾濱?150000）