一种基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法

本发明属于雾化芯设计，涉及一种雾化芯的设计方法，尤其涉及一种基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法，基于该方法可以更便利更有效的计算不同雾化芯设计方案下单位时间雾化量，有利于雾化芯设计。

背景技术：

1、由于在电子烟雾化芯实际加热过程中，烟液的温度在大部分时间内未到达沸点，因此烟液主要以蒸发的形式变成烟气。目前计算这一蒸发质量的数值方法较少且大多需要依赖实验确定的经验系数进行计算，计算模型的物理意义不够明确。

技术实现思路

1、本方法提供一种具有物理意义、不含经验系数的计算电子烟抽吸过程中烟液蒸发质量的数值计算模型，通过该数值计算方法可以较为精确得到雾化芯对应工况下的单位时间蒸发质量，同时也可以得到对应工况下雾化芯模型各处的温度分布，方便设计者设计出一款雾化性能优异的雾化芯模型。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法，包括：

4、在流体仿真软件中添加对流扩散方程以求解烟气在壁面附近的浓度分布，以及修改模型的能量方程，通过添加源项的形式将电加热丝对雾化芯加热及雾化芯表面因对流传质产生的能量损失考虑进去；在雾化芯特定工况下进行仿真计算，获得雾化芯对应工况下的单位时间蒸发质量，同时也可以得到对应工况下雾化芯模型各处的温度分布。

5、上述技术方案中，进一步地，所述方法包括如下：

6、首先绘制出包含气流通道的雾化芯网格模型，将模型导入流体仿真软件中，修改计算模型为瞬态模型，打开能量方程，根据气流通道的来流速度计算出模型对应的雷诺数，判断采用湍流模型还是层流模型；

7、确认好模型后，添加对流扩散方程用于求解雾化芯表面的浓度分布，求解区域设置为外界气体流域；

8、设置雾化芯内烟液、外界空气以及雾化芯材料的物性参数，并设置雾化芯为多孔介质区域，设置对应孔隙率；设置边界条件；

9、修改能量方程，通过添加热源项模拟电加热丝对雾化芯加热作用，通过添加对流传质相变损失项模拟雾化芯表面因对流传质产生的能量损失；进行仿真计算。

10、进一步地，在绘制网格时需要区分外部的气体流域以及雾化芯区域，区分气流通道底部的气流入口区域，气流通道顶部的气流出口区域，气流通道四周的壁面区域，雾化芯中间的加热段表面，两侧的输运段表面。进一步地，所述设置边界条件包括：设置气流通道入口为速度入口，设置来流速度、来流气体温度；设置气流通道出口为自由流出，设置气流通道壁面为对称壁面，雾化芯加热段壁面设置为壁面，修改热条件为耦合条件，定义该表面为特定数值壁面，设置雾化芯输运段以及烟液入口为壁面，热条件为系统耦合热边界条件。

11、进一步地，特定数值壁面数值大小通过新表达式给定，具体表达式如下所示：

12、

13、

14、其中：cvg指丙三醇气体在该壁面的浓度，cpg指丙二醇气体在该壁面的浓度，t表示该壁面局部各处的温度。

15、进一步地，提取出雾化芯表面一层网格，计算出这层网格对应的体积，假设电加热丝的加热功率在该体积内均匀分布，可计算出对应的单位体积的加热功率，将其作为热源项添加到能量方程中模拟实际雾化芯表层受到外界电加热丝的加热作用。

16、进一步地，提取出雾化芯表层网格单元，在这些网格单元的能量方程中添加对流传质损失项用于模拟雾化芯壁面因对流传质产生的能量损失，所述对流传质损失项为对应网格处的质量损失乘以对应的潜热。

17、本发明的有益效果是：

18、本发明基于蒸发模型，提出了一种具有物理意义、不含经验系数的计算电子烟抽吸过程中烟液蒸发质量的数值计算方法，该方法弥补了目前电子烟烟液蒸发质量计算模型缺少具有物理意义，不依赖经验系数的计算方法的空白。本发明方法易于实现，有利于推广应用，此外，该方法不仅仅可应用于电子烟雾化芯的蒸发质量计算，对于其他表面受热雾化问题也具有参考指导意义。

技术特征：

1.一种基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法，其特征在于，包括：在流体仿真软件中添加对流扩散方程以求解烟气在壁面附近的浓度分布，以及修改模型的能量方程，通过添加源项的形式将电加热丝对雾化芯加热及雾化芯表面因对流传质产生的能量损失考虑进去；在雾化芯特定工况下进行仿真计算，获得雾化芯对应工况下的单位时间蒸发质量，同时也可以得到对应工况下雾化芯模型各处的温度分布。

2.根据权利要求1所述的基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法，其特征在于，包括如下：

3.根据权利要求2所述的基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法，其特征在于，在绘制网格时需要区分外部的气体流域以及雾化芯区域，区分气流通道底部的气流入口区域，气流通道顶部的气流出口区域，气流通道四周的壁面区域，雾化芯中间的加热段表面，两侧的输运段表面。

4.根据权利要求2所述的基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法，其特征在于，所述设置边界条件包括：设置气流通道入口为速度入口，设置来流速度、来流气体温度；设置气流通道出口为自由流出，设置气流通道壁面为对称壁面，雾化芯加热段壁面设置为壁面，修改热条件为耦合条件，定义该表面为特定数值壁面，设置雾化芯输运段以及烟液入口为壁面，热条件为系统耦合热边界条件。

5.根据权利要求4所述的基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法，其特征在于，特定数值壁面数值大小通过新表达式给定，具体表达式如下所示：

6.根据权利要求2所述的基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法，其特征在于，提取出雾化芯表面一层网格，计算出这层网格对应的体积，假设电加热丝的加热功率在该体积内均匀分布，可计算出对应的单位体积的加热功率，将其作为热源项添加到能量方程中模拟实际雾化芯表层受到外界电加热丝的加热作用。

7.根据权利要求2所述的基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法，其特征在于，提取出雾化芯表层网格单元，在这些网格单元的能量方程中添加对流传质损失项用于模拟雾化芯壁面因对流传质产生的能量损失，所述对流传质损失项为对应网格处的质量损失乘以对应的潜热。

技术总结
本发明公开了一种基于蒸发模型的电子烟烟液蒸发质量的计算方法，该方法基于流体仿真软件(如Fluent)实现，其是在流体仿真软件中添加对流扩散方程以求解烟气在壁面附近的浓度分布，以及修改模型的能量方程，通过添加源项的形式将电加热丝对雾化芯加热及雾化芯表面因对流传质产生的能量损失考虑进去；在雾化芯特定工况下进行仿真计算，获得雾化芯对应工况下的单位时间蒸发质量，同时也可以得到对应工况下雾化芯模型各处的温度分布。该方法弥补了目前电子烟烟液蒸发质量计算模型缺少具有物理意义，不依赖经验系数的计算方法的空白。本发明方法易于实现，有利于推广应用。

技术研发人员：赵磊,徐建,沈敏,卢昕博,余钊圣
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31