CN115201077A - 卷烟抽吸烟气分布状态测试***及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种卷烟抽吸烟气分布状态测试***及测试方法，测试***包括：呼吸道仿生模型(1)，其上设有吸气口(15)和连接口(16)，吸气口(15)用于安装卷烟(20)；烟气驱动装置(2)，与连接口(16)连接，并用于抽吸安装于吸气口(15)的卷烟(20)所产生的烟气，以驱动烟气在呼吸道仿生模型(1)内流动；检测装置(3)，与呼吸道仿生模型(1)耦合，并对呼吸道仿生模型(1)内的烟气颗粒进行检测；和仿真装置(8)，用于基于检测装置(3)的检测结果设置呼吸道有限元模型的边界条件，并对卷烟抽吸时烟气在呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析。
Description
技术领域
本公开涉及卷烟烟气分析技术领域，特别涉及一种卷烟抽吸烟气分布状态测试***及测试方法。
背景技术
在消费者抽吸卷烟时，烟气在呼吸道中的分布状态，是影响卷烟感官评价的重要因素，因此，有必要对卷烟抽吸过程中的烟气分布状态进行分析研究，以便将卷烟抽吸过程中烟气分布状态与感官生理感受相关联，为卷烟烟气口感品质调控等提供技术支撑。
然而，相关技术中，通常采用人工评吸、剑桥滤片捕集烟气总粒相物进行评价、以及溶剂吸收捕集烟气进行评价等方式，来实现对卷烟的感官评价，然而，这些方式难以客观反映消费者抽吸卷烟时烟气的真实分布状态，导致烟气分布状态与感官生理感受的相关性研究受到制约。
发明内容
本公开提供了一种卷烟抽吸烟气分布状态测试***及测试方法，能够更加准确客观地测试出卷烟抽吸时的烟气分布状态。
根据本公开的一方面，提供了一种卷烟抽吸烟气分布状态测试***，包括：
呼吸道仿生模型，其上设有吸气口和连接口，吸气口用于安装卷烟；
烟气驱动装置，与连接口连接，并用于抽吸安装于吸气口的卷烟所产生的烟气，以驱动烟气在呼吸道仿生模型内流动；
检测装置，与呼吸道仿生模型耦合，并对呼吸道仿生模型内的烟气颗粒进行检测；和
仿真装置，用于基于检测装置的检测结果设置呼吸道有限元模型的边界条件，并对卷烟抽吸时烟气在呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析。
在一些实施例中，呼吸道仿生模型包括口部和咽喉部，口部与咽喉部沿着烟气流动方向依次连通，口部上设有吸气口，烟气驱动装置用于驱动烟气流经口部和咽喉部。
在一些实施例中，呼吸道仿生模型和呼吸道有限元模型尺寸一致，且均基于人体相应部位的测量数据得出。
在一些实施例中，检测装置用于检测呼吸道仿生模型内烟气颗粒的尺寸特性、种类和沉积状况中的至少之一。
在一些实施例中，检测装置包括激光粒子分析仪，激光粒子分析仪用于实时检测呼吸道仿生模型内烟气颗粒的尺寸特性。
在一些实施例中，检测装置包括化学分析设备，化学分析设备用于检测呼吸道仿生模型内烟气颗粒的种类和沉积状况。
在一些实施例中，呼吸道仿生模型的内壁上设有仿生呼吸道内膜，用于捕捉烟气颗粒；化学分析设备用于对设置于呼吸道仿生模型内壁上的仿生呼吸道内膜上的烟气颗粒进行检测分析，来确定呼吸道仿生模型内烟气颗粒的种类和沉积状况。
在一些实施例中，仿真装置用于通过数值模拟实验模拟烟气在呼吸道有限元模型内的运动轨迹、瞬态运动特性和烟气颗粒沉积位置中的至少一个。
在一些实施例中，还包括：分析装置，与检测装置和仿真装置耦合，用于将检测装置的检测结果与仿真分析结果进行对比验证。
在一些实施例中，还包括：分析装置，用于根据仿真分析结果得出烟气运动特性和烟气成分种类含量与感官评价指标的相关性。
在一些实施例中，还包括安装管，安装管设置于吸气口，并用于供卷烟***，以实现卷烟在吸气口的安装。
在一些实施例中，安装管可拆卸地设置于吸气口。
在一些实施例中，呼吸道仿生模型包括口部和咽喉部，口部与咽喉部沿着烟气流动方向依次连通，连接口位于咽喉部上；或者，呼吸道仿生模型包括肺部，肺部与咽喉部连通，连接口位于肺部上，烟气驱动装置驱动烟气流经肺部。
在一些实施例中，呼吸道仿生模型上设有出气口，烟气驱动装置驱动烟气从出气口流出。
在一些实施例中，呼吸道仿生模型包括口部和咽喉部，出气口位于口部；或者，呼吸道仿生模型包括鼻部，鼻部与口部连通，出气口位于鼻部。
在一些实施例中，呼吸道仿生模型包括两个半模，两个半模分体设置，并围合形成呼吸道仿生模型的内腔。
在一些实施例中，烟气驱动装置包括第一泵，第一泵连接于连接口，以驱动卷烟所产生的烟气流动。
在一些实施例中，第一泵为抽吸泵，且烟气驱动装置还包括第二泵，第二泵连接于呼吸道仿生模型的出气口，以驱动烟气从出气口流出。
在一些实施例中，烟气驱动装置包括压力生成腔体，第一泵通过压力生成腔体与连接口连接。
在一些实施例中，还包括测压装置和控制***，测压装置与烟气驱动装置耦合，并与控制***信号连接，以将烟气驱动装置内的压力信号传送至控制***，实现闭环控制。
在一些实施例中，测压装置与烟气驱动装置的连接于第一泵和连接口之间的压力生成腔体耦合，以将压力生成腔体的压力信号实时传送至控制***，实现闭环控制。
在一些实施例中，卷烟抽吸烟气分布状态测试***包括步进电机，步进电机与烟气驱动装置连接，以驱动烟气驱动装置工作；和/或，卷烟抽吸烟气分布状态测试***包括控制阀，控制阀设置于烟气驱动装置与连接口之间的流路上，并控制烟气流动方向。
根据本公开的另一方面，提供了一种基于上述实施例卷烟抽吸烟气分布状态测试***的测试方法，包括：
将卷烟安装于吸气口，并点燃；
启动烟气驱动装置，对卷烟进行抽吸，以驱动烟气在呼吸道仿生模型内流动；
通过检测装置对呼吸道仿生模型内的烟气颗粒进行检测；
通过仿真装置基于检测装置的检测结果设置呼吸道有限元模型的边界条件，并对卷烟抽吸时烟气在呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析。
在一些实施例中，通过检测装置对呼吸道仿生模型内的烟气颗粒进行检测包括：
在抽吸过程中，通过检测装置的激光粒子分析仪检测呼吸道仿生模型内烟气颗粒的尺寸；和/或，
在抽吸过程中或抽吸结束后，通过检测装置的化学分析设备检测呼吸道仿生模型内烟气颗粒的种类和沉积状况。
在一些实施例中，通过检测装置的化学分析设备检测呼吸道仿生模型内烟气颗粒的种类和分布包括：
通过化学分析设备对位于呼吸道仿生模型内壁上的仿生呼吸道内膜所捕集的烟气颗粒进行分析，以确定烟气颗粒的种类和沉积状况。
在一些实施例中，测试方法还包括：
采用核磁共振成像技术，获取人体与呼吸道仿生模型相应的各部位的数据；
基于所获得的数据，采用有限元分析软件构建与呼吸道仿生模型相应的呼吸道有限元模型。
在一些实施例中，测试方法还包括：
将检测装置的检测结果与仿真分析结果进行对比验证，以验证仿真分析结果是否准确；
若仿真分析结果的准确性满足预设要求，则利用仿真分析结果对烟气运动特性和烟气颗粒种类与卷烟感官评价指标之间的相关性进行分析。
在一些实施例中，测试方法还包括：
将检测装置的检测结果与仿真分析结果进行对比验证，以验证仿真分析结果是否准确；
若仿真分析结果的准确性未满足预设要求，则通过调整呼吸道有限元模型的网格划分质量、计算参数设置、边界条件、综合考虑温度因素和颗粒沉积规律中的至少一种方式优化仿真分析结果，直至仿真分析结果的准确性满足要求。
在一些实施例中，测试方法还包括：
3D打印得到呼吸道仿生模型；
将烟气驱动装置连接于呼吸道仿生模型的连接口，并将检测装置与呼吸道仿生模型耦合。
在一些实施例中，3D打印得到呼吸道仿生模型包括：
采用核磁共振成像技术，获取人体的与呼吸道仿生模型相应的各部位的数据；
基于所获得的数据，构建与呼吸道仿生模型相应的三维模型；
基于所构造的三维模型，利用3D打印技术打印得到呼吸道仿生模型。
本公开实施例的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，建立了实体呼吸道仿生模型，利用烟气驱动装置驱动烟气按照真实抽吸过程进行流动，并利用检测装置对呼吸道仿生模型内的烟气颗粒进行检测，可较为准确地模拟接近真实抽吸情况的卷烟燃吸过程，获得更加真实的烟气分布状态。而且，物理实验平台的检测结果可为仿真分析提供更为客观准确的边界条件，并对卷烟抽吸时烟气在呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析，能够提高仿真分析的准确性，以便利用仿真分析结果对卷烟进行后续分析。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本公开卷烟抽吸烟气分布状态测试***的一些实施例的结构示意图。
图2示出本公开呼吸道仿生模型与安装管、卷烟和第二密封件的连接示意图。
图3示出本公开实施例中半模的结构。
图4为本公开实施例中测试方法的一些实施例的流程示意图。
附图标记说明：
10、卷烟抽吸烟气分布状态测试***；20、卷烟；
1、呼吸道仿生模型；11、口部；12、咽喉部；13、咽部；14、喉部；15、吸气口；16、连接口；17、半模；18、内腔；19、唇部；
2、烟气驱动装置；21、压力生成腔体；22、第一泵；23、抽吸泵；24、电机；25、步进电机；26、测压装置；27、压力变送器；
3、检测装置；31、激光粒子分析仪；32、分析设备；
4、控制***；41、计算机；42、抽吸控制器；43、激光控制器；
5、安装管；51、管头；52、管身；
61、第一密封件；62、第二密封件；63、连接管；64、控制阀；
7、仿生呼吸道内膜；
8、仿真装置。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
消费者在抽吸卷烟时，十分关注卷烟烟气所带来的感官感受。因此，卷烟烟气的抽吸感受，是评价卷烟产品的基本因素，也是消费者认可和接受卷烟产品的基础。
卷烟在抽吸时，由于燃烧温度较高，烟丝、香料和辅材等会发生一系列复杂的变化形成卷烟烟气。当烟气暴露于人体上呼吸道中，与口腔及咽喉部黏膜短暂作用后，部分特征化学成分与唾液发生接触、扩散、溶解、渗透等，最终残留在上呼吸道内，引起人体的感官感受。例如，人体抽吸卷烟时，常常伴随有口腔灼热、燥刺以及咽喉不适等反应，且容易引发咳嗽、多痰、甚至多喘等不良抽吸感受，这与烟气的化学成分所带来的刺激性息息相关。因此，卷烟烟气在呼吸道内的分布状态，尤其是烟气在上呼吸道(例如口腔和咽喉)内的分布状态，是影响卷烟感官生理感受的重要因素，其对卷烟感官生理感受的影响一直是烟草行业研究的热点与重点。
相关技术中，对于卷烟感官评价的研究，主要有人工评吸、剑桥滤片捕集烟气总粒相物进行评价和溶剂吸收捕集烟气进行评价等方式。其中，人工评吸是最常用的评价方式，主要依靠有经验的评吸者对卷烟产品进行评价，这种传统的评价方式具有较大的主观能动性，对于人的经验性依赖较大，也易受到评吸者生理、心理等方面的影响，且在超出评吸者的耐受范围时缺乏一定客观性。剑桥滤片捕集烟气总粒相物与溶剂吸收捕集烟气的评价方式尽管为卷烟感官评价提供了不同的针对性方法，但是却难以反映人体抽吸卷烟时的真实状况，存在与人实际抽吸状况差别较大的问题，例如，剑桥滤片捕集烟气总粒相物评价方式，只涉及到主流烟气未进入口腔及咽喉前的成分情况(特别是粒相部分)，而并未反映主流烟气进入口腔，并暴露于咽喉后的状况，不能真实反映于人体实际抽吸卷烟的情况。
可见，相关技术中的评价方式，均难以客观反映人体抽吸卷烟时烟气的真实分布情况，影响烟气分布状态与感官生理感受相关性研究的进一步发展，难以有效地为卷烟烟气口感品质调控等提供技术支持和发展基础。
针对上述情况，本公开提供一种卷烟抽吸烟气分布状态测试***和卷烟抽吸模拟方法，以更加客观地反映消费者抽吸卷烟时烟气的真实分布状态，从而推动烟气分布状态与感官生理感受相关性研究的进一步发展，为卷烟烟气口感品质调控等提供有效的技术支持和发展基础。
如图1至图3所示，本公开提供了一种卷烟抽吸烟气分布状态测试***10，在一些实施例中，包括：呼吸道仿生模型1、烟气驱动装置2、检测装置3和仿真装置8。呼吸道仿生模型1上设有吸气口15和连接口16，吸气口15用于安装卷烟20；烟气驱动装置2与连接口16连接，并用于抽吸安装于吸气口15的卷烟20所产生的烟气，以驱动烟气在呼吸道仿生模型1内流动；检测装置3与呼吸道仿生模型1耦合，并对呼吸道仿生模型1内的烟气颗粒进行检测；仿真装置8，用于基于检测装置3的检测结果设置呼吸道有限元模型的边界条件，并对卷烟抽吸时烟气在呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析。
基于上述设置，本公开所提供的卷烟抽吸烟气分布状态测试***10包括能够模拟卷烟抽吸过程的物理实验平台和仿真实验平台，物理实验平台包括：呼吸道仿生模型1、烟气驱动装置2和检测装置3，可以实现对卷烟抽吸过程的仿生测试。由于建立了实体呼吸道仿生模型1，并基于所建立的实体呼吸道仿生模型1，搭建了包括呼吸道仿生模型1、烟气驱动装置2和检测装置3的物理实验平台，利用烟气驱动装置2驱动烟气按照真实抽吸过程进行流动，并利用检测装置3对呼吸道仿生模型1内的烟气颗粒进行检测，因此，可以较为准确地模拟接近真实抽吸情况的卷烟燃吸过程，获得更加真实的烟气分布状态。
而且，物理实验平台的检测结果能够为仿真分析提供更为客观准确的边界条件，并对卷烟抽吸时烟气在呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析，能够提高仿真分析的准确性，以便利用仿真分析结果对卷烟进行后续分析。
可见，本公开所提供的卷烟抽吸烟气分布状态测试***10，可以实现对卷烟抽吸过程的物理仿生测试，能够为卷烟抽吸烟气分布状态提供标准化的测试设备。
由于无需依赖于评吸者的经验和主观感受，且可以较为真实地模拟卷烟抽吸过程中，烟气与人体口腔和咽喉等呼吸道部位的交互作用，实现对卷烟主流烟气化学成分的仿生捕集，物理再现烟气在真实抽吸过程中在人体口腔和咽喉等呼吸道部位所发生的扩散、吸收、平衡和溶解，因此，与相关技术中的人工评吸、剑桥滤片捕集烟气总粒相物进行评价和溶剂吸收捕集烟气进行评价等方式相比，基于本公开卷烟抽吸烟气分布状态测试***10的测试评价方式，能够更加客观地反映消费者抽吸卷烟时烟气的真实分布状态，并通过物理仿生测试结果对仿真过程中参数的设置提供更加客观准确的依据，这有利于推动烟气分布状态与感官生理感受相关性研究的进一步发展，更好地为卷烟烟气口感品质调控等提供有效的技术支持和发展基础。
其中，呼吸道仿生模型1可以基于真实人体呼吸道进行构建，以尽量真实且客观地仿生烟气在真实人体呼吸道中的分布，提高检测结果的准确性和真实性。针对每个卷烟抽吸烟气分布状态测试***10，可以提供不同规格的呼吸道仿生模型1，包括符合不同性别、不同地域(例如欧洲和亚洲)、不同种族或不同年龄段消费者呼吸道特点的呼吸道仿生模型1，以便实现对更多样卷烟抽吸情况的仿生模拟，获得更加丰富的检测数据，进而为卷烟烟气口感品质调控以及卷烟新品研发等提供更有力的技术支持和发展基础。
在本公开的实施例中，呼吸道仿生模型1的吸气口15与卷烟20连接，这与实际抽吸情况一致，便于更加真实地模拟卷烟抽吸过程。
在本公开的实施例中，烟气驱动装置2用于提供负压，以抽吸安装于吸气口15的卷烟20所产生的烟气，使烟气在呼吸道仿生模型1内流动，例如可从吸气口15流动至连接口16。仿真装置8可以为计算机仿真装置，检测装置3的检测结果可用于设置呼吸道有限元模型的边界条件，以对呼吸道有限元模型进行参数设置，从而对卷烟抽吸时烟气在呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析。呼吸道有限元模型可通过有限元分析软件建立。
在一些实施例中，如图2所示，呼吸道仿生模型1包括口部11和咽喉部12，口部11与咽喉部12沿着烟气流动方向依次连通，口部11上设有吸气口15，烟气驱动装置2用于驱动烟气流经口部11和咽喉部12。
由于在本公开的实施例中，呼吸道仿生模型1至少包括口部11和咽喉部12，因此，基于本公开实施例的呼吸道仿生模型1，至少可以检测得到卷烟烟气在口腔和咽喉处的分布，而由于烟气在口腔和咽喉处的分布相对于烟气在呼吸道其他部位的分布对卷烟生理感官感受的影响更加明显，因此，基于本公开实施例的呼吸道仿生模型1，对主流烟气化学成分在口腔和咽喉处的分布进行检测研究，对于卷烟生理感官感受的研究具有重要的意义和指导作用。
在一些实施例中，呼吸道仿生模型1和呼吸道有限元模型尺寸一致，且均基于人体相应部位的测量数据得出。
例如，呼吸道仿生模型1可通过3D打印得到，具体地，可采用核磁共振成像技术，获取人体的与呼吸道仿生模型1相应的各部位的数据；并基于所获得的数据，构建与呼吸道仿生模型1相应的三维模型；基于所构造的三维模型，利用3D打印技术打印得到呼吸道仿生模型1。
同样地，基于所获得的数据，采用有限元分析软件构建与呼吸道仿生模型1相应的所述呼吸道有限元模型。
该实施例将呼吸道仿生模型1和呼吸道有限元模型设置尺寸一致，且均基于人体相应部位的测量数据得出，在依据实际测试结果设置有限元模型的边界调节时，可提高仿真结果的准确性；而且，有利于将物理实验平台的测试结果和仿真实验平台的仿真结果进行相互比对验证，提高准确性。
在一些实施例中，检测装置3用于检测呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的尺寸特性、种类和沉积状况中的至少之一，进而确定卷烟抽吸过程中烟气在呼吸道内的分布情况。
其中，为了实现对烟气颗粒尺寸的检测，参见图1，在一些实施例中，检测装置3包括激光粒子分析仪31，激光粒子分析仪31用于实时检测呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的尺寸。利用激光粒子分析仪31对呼吸道仿生模型1内烟气颗粒进行激光检测，测试的时候激光遇到烟气颗粒发生散射，通过测量不同角度上散射光的光强，就可以方便准确地得到口腔内烟气颗粒的粒径分布，确定出呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的尺寸特性。
而为了实现对烟气种类和沉积状况的检测，参见图1，一些实施例中，检测装置3包括化学分析设备32，化学分析设备32用于检测呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的种类和沉积状况。利用化学分析设备32对呼吸道仿生模型1内的烟气颗粒进行化学分析，可以方便且准确地确定呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的种类、沉积位置和沉积数量等。
具体地，呼吸道仿生模型1的内壁上设有仿生呼吸道内膜7，用于捕捉烟气颗粒，化学分析设备32可以通过对设置于呼吸道仿生模型1内壁上的仿生呼吸道内膜7上的烟气颗粒进行检测分析，来确定呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的种类和沉积状况，简单方便，且较为准确。
化学分析设备32的检测既可以在抽吸过程中实时进行，也可以在抽吸结束后再进行，其中，后者检测效率及检测准确度更高。例如，化学分析设备32可以是化学透析及分离设置，卷烟20结束燃烧后，取下呼吸道仿生模型1上的仿生呼吸道内膜7，通过化学透析及分离设备，分析仿生呼吸道内膜7上捕捉吸附的气溶胶颗粒，可得到烟气颗粒的分布和积聚情况。
在一些实施例中，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10还包括：分析装置，与检测装置3和仿真装置8耦合，用于将检测装置3的检测结果与仿真分析结果进行对比验证。
例如，验证方式如下：将物理实验中检测的烟气流态与数值模拟所得的烟气流动速度流线图进行对比；和/或将物理实验测试烟气颗粒沉积位置与数值模拟颗粒沉积规律所得结果进行对比。如果两者的偏差不超过预设范围，则判定仿真分析结果的准确性满足预设要求；如果两者的偏差超出预设范围，则判定仿真分析结果的准确性不满足预设要求，需要重新调整仿真分析结果。
该实施例能够将物理实验结果与仿真分析实验结果相互验证，以提高卷烟抽吸时烟气分布状态测试结果的准确性，从而为卷烟的评价提供更加客观的依据。
在一些实施例中，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10还包括：分析装置，用于根据仿真分析结果得出烟气运动特性和烟气成分种类含量与感官评价指标的相关性。其中，卷烟感官评价指标可包括口腔刺激性、烟气香味和甜腻口感中的至少一个。分析装置可在仿真分析结果的准确性满足预设要求的情况下，得出烟气运动特性和烟气成分种类含量与感官评价指标的相关性。
例如，口腔内壁、舌头是人体吸烟感受烟气并产生生理感受的主要器官，实验结果表明烟气中主要挥发性羰基化合物对口腔产生整体性刺激，氨和挥发性酚类化合物对舌部的刺激作用强于上颚。
该实施例通过将物理实验平台的测试结果作为仿真实验的参数设置依据，可提高仿真实验结果的准确性，从而为卷烟提供一种更为客观准确的评价依据。
在一些实施例中，参见图1-图2，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10包括安装管5，安装管5设置于吸气口15，并用于供卷烟20***，以实现卷烟20在吸气口15的安装。基于此，实际测试时，只需将卷烟20***设置于吸气口15处的安装管5中，即可实现卷烟20在呼吸道仿生模型1上的安装固定，方便卷烟20在呼吸道仿生模型1吸气口15处的安装。
具体地，参见图2，在一些实施例中，安装管5可拆卸地设置于吸气口15。基于此，可以通过更换不同规格的安装管5，来实现不同规格卷烟20在呼吸道仿生模型1上的安装固定，以便实现对不同规格卷烟20抽吸过程的模拟测试，这有利于提高卷烟抽吸烟气分布状态测试***10的工作灵活性，扩大卷烟抽吸烟气分布状态测试***10的适用范围，使得卷烟抽吸烟气分布状态测试***10能够灵活满足更多样的测试需求。
更具体地，结合图2和图3可知，一些实施例中，吸气口15内设有第一密封件61，安装管5与第一密封件61可拆卸地连接。通过设置第一密封件61，来连接吸气口15和安装管5，可以更方便地实现安装管5在吸气口15处的设置，尤其方便实现安装管5在吸气口15处的可拆卸设置。而且，所设置的第一密封件61，不仅能够起到连接安装管5与吸气口15的作用，而且还可以起到密封作用，因此，还有利于提高卷烟抽吸烟气分布状态测试***10的气密性，进而提升卷烟抽吸模拟过程的真实性。
另外，在本公开的实施例中，呼吸道仿生模型1通过连接口16与烟气驱动装置2连接，以便烟气驱动装置2驱动所产生的烟气按照实际抽吸过程进行流动。其中，连接口16在呼吸道仿生模型1上的具***置根据实际情况可能不同。
例如，参见图2和图3，在一些实施例中，连接口16位于咽喉部12上。这种设计，尤其适用于呼吸道仿生模型1只包括上呼吸道部分，而不包括下呼吸道部分的情况，因为，在呼吸道仿生模型1只包括上呼吸道部分时，咽喉部12即为呼吸道仿生模型1的沿着烟气吸入方向位于最下游的部分，这种情况下，将连接口16设置于咽喉部12上，则与连接口16连接的烟气驱动装置2能够驱动烟气依次流经口腔和咽喉，实现烟气在上呼吸道内流动情况的有效模拟。
而作为变型，呼吸道仿生模型1不但包括上呼吸道部分，同时还包括下呼吸道部分，此时，连接口16则可以不再位于咽喉部12上，而是位于下呼吸道部分上。例如，在未图示的一些实施例中，呼吸道仿生模型1不但包括口部11和咽喉部12，同时还包括肺部(未图示)，肺部与咽喉部12连通，此时，连接口16则可以不再位于咽喉部12上，而是位于肺部上，这样，烟气驱动装置2不但驱动烟气流经口部11和咽喉部12，而且驱动烟气流经肺部，可以实现对“烟气从口腔进，吞咽后进入肺部”这种卷烟抽吸模式的模拟，从而获得相应抽吸模式下烟气分布状态的仿生测试结果。
不难理解，消费者实际抽吸卷烟时，存在不同的抽吸模式，例如，一些情况下，烟气从口腔进，从口腔出；再例如，一些情况下，烟气从口腔进，从鼻腔出；又例如，一些情况下，烟气从口腔进，吞咽后进入肺部，之后再从鼻腔出。
针对上述不同的卷烟抽吸模式，当呼吸道仿生模型1只包括口部11和咽喉部12时，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10可以只模拟卷烟抽吸时的吸气过程，且吸气过程仅模拟烟气流入口腔和咽喉中的情况；而当呼吸道仿生模型1在包括口部11和咽喉部12的基础上，进一步包括肺部时，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10可以模拟吸气时烟气流入口腔、咽喉和肺部中的情况。
另外，为了进一步提高对卷烟抽吸过程的模拟真实性，一些实施例中，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10不仅模拟吸入卷烟烟气的过程，还模拟吐出卷烟烟气的过程。
例如，在未图示的一些实施例中，呼吸道仿生模型1上设有出气口(图中未示出)，烟气驱动装置2驱动烟气从出气口流出。基于此，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10不仅能够模拟卷烟烟气吸入过程，还能模拟卷烟烟气吐出过程，这与实际抽吸情况更加符合，因此，能够进一步提高对卷烟抽吸过程的模拟真实性，从而更加真实地反映消费者抽吸卷烟时烟气的分布状态。
其中，出气口在呼吸道仿生模型1上的位置可以多样。例如，在一些实施例中，出气口位于口部11，此时，可以模拟“烟气从口腔进，从口腔出”的抽吸模式。再例如，另一些实施例中，呼吸道仿生模型1不但包括口部11和咽喉部12，同时还包括与口部11连通的鼻部，且出气口位于鼻部，此时，可以模拟“烟气从口腔进，从鼻腔出”的抽吸模式，而且，在呼吸道仿生模型1同时包括肺部的情况下，还可以模拟“烟气从口腔进，吞咽后进入肺部，之后再从鼻腔出”的抽吸模式。
可见，通过对呼吸道仿生模型1进行设计，使呼吸道仿生模型1具有不同的结构，例如是否包括肺部和鼻部，以及是否具有出气口，可以实现对不同抽吸模式的模拟，便于获得更多样的卷烟烟气分布情况检测结果。
针对不同的抽吸模式，烟气驱动装置2的结构也可以不同。
作为示例，参见图1，一些实施例中，烟气驱动装置2包括第一泵22，第一泵22连接于连接口16，以驱动卷烟20所产生的烟气流动。
其中，第一泵22既可以仅将烟气吸入呼吸道仿生模型1，以满足卷烟抽吸烟气分布状态测试***10仅模拟烟气吸入过程的需求；或者，第一泵22也可以既将烟气吸入呼吸道仿生模型1，又将烟气反向排出，以满足卷烟抽吸烟气分布状态测试***10既模拟烟气吸入过程，又模拟烟气呼出过程的需求。
例如，参见图1，在一些实施例中，第一泵22为抽吸泵23，这种情况下，第一泵22仅将烟气吸入呼吸道仿生模型1，可以满足“卷烟抽吸烟气分布状态测试***10仅模拟烟气吸入过程”的模拟需求。
再例如，在未图示的一些实施例中，第一泵22为往复泵，这种情况下，第一泵22不仅能驱动烟气流入呼吸道仿生模型1，还能驱动烟气反向流出呼吸道仿生模型1，实现对卷烟烟气吸入和卷烟烟气吐出过程的模拟，从而满足“卷烟抽吸烟气分布状态测试***10既模拟烟气吸入过程，又模拟烟气呼出过程”的模拟需求。
当然，在第一泵22为抽吸泵23时，也可以满足“卷烟抽吸烟气分布状态测试***10既模拟烟气吸入过程，又模拟烟气呼出过程”的模拟需求，例如，一些实施例中，当第一泵22为抽吸泵23时，烟气驱动装置2还包括第二泵(图中未示出)，第二泵连接于呼吸道仿生模型1的出气口，以驱动烟气从出气口流出，这样，第一泵22驱动烟气吸入，第二泵驱动烟气吐出，于是，在第一泵22和第二泵的配合下，可以满足对卷烟烟气吸入和卷烟烟气吐出过程的模拟，从而满足“卷烟抽吸烟气分布状态测试***10既模拟烟气吸入过程，又模拟烟气呼出过程”的模拟需求。
无论第一泵22，还是第二泵，均可以配备电机24，进行驱动，并且，电机24具体可以为步进电机25。采用步进电机25作为烟气驱动装置2的动力元件，好处在于，步进电机25具有传动精度高、重复性好和转动力矩大等优点，且其转速和停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而控制泵的启停，同时可以通过控制脉冲频率来控制步进电机25转动的速度和加速度，从而准确控制泵的抽吸速度，实现对抽吸过程的准确控制。
在烟气驱动装置2包括第一泵22的情况下，参见图1，一些实施例中，烟气驱动装置2还包括压力生成腔体21，第一泵22通过压力生成腔体21与连接口16连接。其中，压力生成腔体21为内部设有腔室的封闭腔体。
连接于连接口16与第一泵22之间的压力生成腔体21，可以起到缓冲作用，有利于提高第一泵22对呼吸道仿生模型1所施加压力的稳定性，减少第一泵22压力波动，对呼吸道仿生模型1内部压力的不利影响。
而且，设置压力生成腔体21，还便于实现对抽吸压力的检测和反馈，这一点将结合接下来将要提及的测压装置26进行说明。
参见图1，在一些实施例中，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10包括测压装置26和控制***4，测压装置26与烟气驱动装置2耦合，并与控制***4信号连接，以将烟气驱动装置2内的压力信号传送至控制***4，实现闭环控制。这样，可以实现对烟气驱动装置2所施加压力的监测以及精确控制，便于实现更加精准可控的卷烟抽吸模拟过程。
具体地，如图1所示，当烟气驱动装置2包括压力生成腔体21时，测压装置26与烟气驱动装置2的连接于第一泵22和连接口16之间的压力生成腔体21耦合，以将压力生成腔体21的压力信号实时传送至控制***4，实现闭环控制。
虽然测压装置26也可以直接检测呼吸道仿生模型1内或第一泵22内的压力，来实现压力闭环控制，但测压装置26检测压力生成腔体21的压力，更加简单方便，且与呼吸道仿生模型1内或第一泵22内的压力相比，压力生成腔体21内的压力稳定性更好，所以，更便于实现精准的压力闭环控制。
为了更真实地模拟卷烟烟气与呼吸道的交互作用，参见图3，在一些实施例中，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10包括仿生呼吸道内膜7，仿生呼吸道内膜7设置于呼吸道仿生模型1的内壁上，用于捕捉烟气颗粒。其中，仿生呼吸道内膜7可以由基材以及胶黏剂两部分组成，基材的一面涂上胶黏剂粘附在呼吸道仿生模型1的内表面，基材的另一面则涂抹上按照一定比例调配的人工仿生体液(例如唾液)。
如前面描述的，烟气在流经呼吸道时，通常会与呼吸道内壁上的仿生呼吸道内膜发生交互作用，进而引发生理感官感受。因此，通过在呼吸道仿生模型1的内壁上设置仿生呼吸道内膜7，可以实现对人体呼吸道内壁的准确仿生，从而更准确地模拟卷烟烟气与人体呼吸道的真实交互作用，不仅便于实现对烟气颗粒的捕集，而且便于对所捕集的烟气颗粒进行检测分析，例如，基于所设置的仿生呼吸道内膜7，可以在每次实验完毕后，通过将仿生呼吸道内膜7取下后，对仿生呼吸道内膜7进行化学分析，来确定烟气的分布状态。
在呼吸道仿生模型1内壁上设有仿生呼吸道内膜7时，为了方便仿生呼吸道内膜7的取放，参见图3，在一些实施例中，呼吸道仿生模型1包括两个半模17，这两个半模17分体设置，并围合形成呼吸道仿生模型1的内腔18。此时，呼吸道仿生模型1被一分为二，由两个半模17拼接而成。如此，搭建卷烟抽吸烟气分布状态测试***10的过程中，可以先保持两个半模17分开，并将仿生呼吸道内膜7贴于半模17的内壁上，之后再将两个半模17彼此密封地拼接在一起，形成整个呼吸道仿生模型1，这样，可以方便地实现仿生呼吸道内膜7在呼吸道仿生模型1内的设置。另外，当每次实验完毕，又可以将两个半模17分开，然后将仿生呼吸道内膜7揭下取出，以便对仿生呼吸道内膜7上的化学成分进行检测分析。可见，将呼吸道仿生模型1设置为包括分体的两个半模17，能够方便仿生呼吸道内膜7的取放。当然，即使呼吸道仿生模型1的内壁上未设置仿生呼吸道内膜7，呼吸道仿生模型1也可以被设置为包括两个分体的半模17。
接下来对图1-图3所示的实施例予以进一步地说明。
如图1-图3所示，在该实施例中，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10包括呼吸道仿生模型1、烟气驱动装置2、检测装置3和控制***4。呼吸道仿生模型1包括口部11和咽喉部12。口部11包括口腔部分和唇部19。咽喉部12包括咽部13和喉部14。烟气驱动装置2包括压力生成腔体21和第一泵22。检测装置3包括激光粒子分析仪31和化学分析设备32。控制***4包括计算机41、抽吸控制器42和激光控制器43。计算机41可包括DA***，用于远程实现实时监控、协调和操作设备的自动化***。
其中，如图2和图3所示，在该实施例中，呼吸道仿生模型1具有内腔18，并由3D打印机基于人体真实数据进行3D打印得到，其口部11、咽部13和喉部14依次连通。呼吸道仿生模型1整体采用光敏透明树脂材料制成，以便于激光粒子分析仪31对呼吸道仿生模型1内的烟气颗粒进行激光检测。同时，呼吸道仿生模型1在设计时，进行分体处理，3D打印时，分别打印两个半模17，待将用于捕集气溶胶颗粒的仿生呼吸道内膜7分块分片粘接于半模17的内壁上后，再将两个半模17拼接成整个呼吸道仿生模型1。两个半模17的连接处用密封圈等密封件进行密封，以提高整个呼吸道仿生模型1的密闭性。
3D打印之前，可以先基于核磁共振成像技术(MRI)，获取人体的口部和咽喉部数据，并基于图形三维重构技术，构建三维虚拟模型，然后对局部数据进行调整，使虚拟模型的内壁较为光滑，之后再利用3D打印技术进行打印，得到接近人体真实器官的实体模型。
如图2和图3所示，在该实施例中，唇部19设有吸气口15。吸气口15内设有第一密封件61，且第一密封件61与用于安装卷烟20的安装管5螺纹连接。具体地，安装管5包括管头51和管身52。管头51的外壁设有螺纹，与第一密封件61内壁上的螺纹配合，实现安装管5与第一密封件61的螺纹连接。管身52连接于管头51的远离吸气口15的一端，且具有管腔，用于供卷烟20***。如此，可实现卷烟20在唇部19上的安装，且安装管5可拆卸地连接于吸气口15处，实验时，可以更换具有不同直径管身52的安装管5，进而满足不同规格卷烟20的安装需求。第一密封件61位于管头51与吸气口15内壁之间，可以起到密封作用，防止漏气。
继续参见图2和图3，在该实施例中，咽喉部12的远离口部11的一端(即喉部14的末端)设有连接口16，并且，结合图1可知，在该实施例中，连接口16通过连接管63(例如透明软管)与压力生成腔体21连接，而压力生成腔体21同时与第一泵22连接。其中，第一泵22为只能施加负压的抽吸泵23，具体地，在该实施例中，第一泵22为真空隔膜泵。第一泵22与步进电机25连接，以由步进电机25提供动力，对呼吸道仿生模型1施加负压，模拟卷烟烟气吸入过程。同时，步进电机25与和计算机41耦合的抽吸控制器42信号连接，以在控制***4的控制下，驱动呼吸道仿生模型1抽吸烟气。
并且，如图1所示，在该实施例中，连接口16与连接管63的连接处设有第二密封件62，以提高气密性。同时，连接管63上设有控制阀64。如此，控制阀64设置于烟气驱动装置2与连接口16之间的流路上，能够控制烟气的流动方向。具体地，在该实施例中，控制阀64为换向阀或单向阀。
另外，由图1可知，在该实施例中，压力生成腔体21处设有压力变送器27，压力变送器27用作测压装置26，其检测压力生成腔体21内的压力，并反馈至计算机41，以在控制***4的控制下，实现对抽吸压力的闭环控制。
激光粒子分析仪31和化学分析设备32均与呼吸道仿生模型1耦合，分别用于检测呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的尺寸以及种类和沉积状况，以确定卷烟抽吸过程中烟气在呼吸道仿生模型1内的分布情况。其中，如图1所示，激光粒子分析仪31与和计算机41耦合的激光控制器43信号连接，以在控制***4的控制下，对呼吸道仿生模型1内的烟气颗粒进行激光检测，确定烟气颗粒的尺寸。化学分析设备32与计算机41信号连接，以在控制***4的控制下，对仿生呼吸道内膜7所捕集的气溶胶颗粒进行化学分析，确定烟气颗粒在仿生呼吸道内膜7上的沉积数量、沉积位置以及沉积种类。
该实施例通过对口腔和咽喉部位进行精确建模及内壁仿生，以及对烟气驱动装置2进行动力学设计，能够得到更接近真实情况的卷烟燃吸过程，准确模拟烟气在口腔及咽喉的分布状态，便于实现对卷烟生理感官感受的客观评价，其使用过程可以大致如下：
(1)按照图1对卷烟抽吸烟气分布状态测试***10的各组成部分进行连接，完成卷烟抽吸烟气分布状态测试***10的搭建，并检测气密性；
(2)将卷烟20***安装管5中，并点燃，然后通过计算机41控制抽吸控制器42、步进电机25和抽吸泵23，使口腔和咽喉内保持一定的真空度，进行抽吸，使烟气流至口腔和咽喉中，实现烟气颗粒在口腔和咽喉中的扩散、溶解和渗透等，相应过程中，压力变送器27将压力生成腔体21内的压力信号实时传送至计算机41，实现压力反馈调节；步进电机25便于精确地实现转速控制，以使压力生成腔体21保持一定的真空度，从而控制卷烟20的抽吸速率。在设备标准化测试过程中，可以通过调节抽吸模式、抽吸参数，来模拟人体的抽吸行为。
(3)在抽吸过程中，通过计算机41控制激光控制器43和激光粒子分析仪31，对口腔和咽喉内的烟气颗粒进行实时测量，得到烟气颗粒的粒径；激光粒子分析仪31是利用先进的图像分析技术来测量和表征粒子的尺寸特性。
(4)在卷烟结束燃烧后，停止抽吸，并取下口腔和咽喉内壁上的仿生呼吸道内膜7，然后通过化学分析设备32，对仿生呼吸道内膜7所捕集的气溶胶颗粒进行化学分析，得到烟气颗粒的种类和积聚情况。
基于上述过程，可以得到卷烟烟气分布的稳态结果，相应结果可以用于烟气分布状态与感官生理感受的相关性研究，作为卷烟烟气口感品质调控以及卷烟新品研发等的参考。并且，卷烟抽吸烟气分布状态测试***10所得到的稳态结果。
(5)建立3D呼吸道有限元模型，基于卷烟烟气分布的稳态结果，可为呼吸道有限元模型设定边界条件，并通过CFD流体仿真来分析卷烟抽吸时，口腔内部烟气流动状态及特性，主要模拟烟气的瞬态变化，以对口腔及咽喉三维空间内烟气的流动进行模拟，实现三维还原。
(6)将通过上述光学和化学技术对烟气颗粒分布测试的数据，可以对三维还原结果进行修正和补充。
(7)将测试***的测试结果与人工评吸结果进行对比验证，以减小误差。将口腔中烟气分布状态良好的卷烟进行标准化生产测试，同时也邀请专业人员对分析良好的卷烟进行舒适度品鉴，二者进行对比验证。
可以理解，虽然该实施例仅以呼吸道仿生模型1只包括口部11和咽喉部12，且仅模拟烟气吸入的情况为例进行说明，但这并不构成对本公开卷烟抽吸烟气分布状态测试***10的唯一限制，作为变型，在另一些实施例中，呼吸道仿生模型1中可以进一步增加鼻部，以模拟“烟气从口腔进，从鼻腔出”的抽吸模式，此时，第一泵22可以变为往复柱塞泵，或第一泵22仍为抽吸泵23，但在鼻部的出气口处进一步设置第二泵，来将烟气抽出，模拟烟气呼出过程；或者，在另一些实施例中，呼吸道仿生模型1中可以进一步添加鼻部和肺部，以模拟“烟气从口腔进，吞咽后进入肺部，之后再从鼻腔出”的抽吸模式，此时，第一泵22可以变为往复柱塞泵，或第一泵22仍为抽吸泵23，但在鼻部的出气口处进一步设置第二泵，来将烟气抽出，模拟烟气呼出过程。
通过对口腔及咽喉部的精确建模及内壁仿生，以及抽吸***的动力学设计，能够得到更接近真实的卷烟燃吸过程，准确模拟烟气在口腔及咽喉分布状态。另外通过光学和化学技术对烟气颗粒分布进行了测试，通过CFD软件对口腔及咽喉三维空间烟气分布进行了模拟，能够准确地对口腔中分布的烟气颗粒进行三维还原。通过设备标准化测试以及人工评吸，进行了对比验证，减小误差。
基于前述各实施例的卷烟抽吸烟气分布状态测试***10，本公开还提供一种卷烟抽吸烟气分布状态测试方法。
图4示例性地示出了本公开的测试方法。
参见图4，在本公开的实施例中，卷烟抽吸模拟方法包括：
S100、将卷烟20安装于吸气口15，并点燃；
S200、启动烟气驱动装置2，对卷烟20进行抽吸，以驱动烟气在呼吸道仿生模型1内流动；
S300、通过检测装置3对呼吸道仿生模型1内的烟气颗粒进行检测；
S400、通过仿真装置8基于检测装置3的检测结果设置呼吸道有限元模型的边界条件，并对卷烟抽吸时烟气在呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析。
其中，步骤S110～S400顺序执行。
本公开的测试方法由于建立了实体呼吸道仿生模型1，并基于所建立的实体呼吸道仿生模型1，利用烟气驱动装置2驱动烟气按照真实抽吸过程进行流动，并利用检测装置3对呼吸道仿生模型1内的烟气颗粒进行检测，因此，可以较为准确地模拟接近真实抽吸情况的卷烟燃吸过程，获得更加真实的烟气分布状态。而且，物理实验平台的检测结果能够为仿真分析提供更为客观准确的边界条件，并对卷烟抽吸时烟气在呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析，能够提高仿真分析的准确性，以便利用仿真分析结果对卷烟进行后续分析。
在一些实施例中，步骤S300中利用检测装置3对呼吸道仿生模型1内的烟气颗粒进行检测包括：
在抽吸过程中，通过检测装置3的激光粒子分析仪31检测呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的尺寸；和/或，
在抽吸过程中或抽吸结束后，通过检测装置3的化学分析设备32检测呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的种类和沉积状况。
该实施例利用激光粒子分析仪31对呼吸道仿生模型1内烟气颗粒进行激光检测，可以方便且准确地测量呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的粒径，确定呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的尺寸特性。利用化学分析设备32对呼吸道仿生模型1内的烟气颗粒进行化学分析，可以方便且准确地确定呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的种类、沉积位置和沉积数量等。
具体地，在一些实施例中，通过检测装置3的化学分析设备32检测呼吸道仿生模型1内烟气颗粒的种类和分布包括：
利用化学分析设备32对位于呼吸道仿生模型1内壁上的仿生呼吸道内膜7所捕集的烟气颗粒进行分析，以确定烟气颗粒的种类和沉积状况。
在一些实施例中，测试方法还包括：
采用核磁共振成像技术，获取人体与呼吸道仿生模型1相应的各部位的数据；
基于所获得的数据，采用有限元分析软件构建与呼吸道仿生模型1相应的呼吸道有限元模型。
在一些实施例中，本公开的测试方法还包括：
将检测装置3的检测结果与仿真分析结果进行对比验证，以验证仿真分析结果是否准确；
若仿真分析结果的准确性满足预设要求，则利用仿真分析结果对烟气运动特性和烟气颗粒种类与卷烟感官评价指标之间的相关性进行分析。
例如，对比验证方式如下：将物理实验中检测的烟气流态与数值模拟所得的烟气流动速度流线图进行对比；和/或将物理实验测试烟气颗粒沉积位置与数值模拟颗粒沉积规律所得结果进行对比。
该实施例能够将物理实验结果与仿真分析实验结果相互验证，以提高卷烟抽吸时烟气分布状态测试结果的准确性，从而为卷烟的评价提供更加准确客观的依据。
在一些实施例中，本公开的测试方法还包括：
将检测装置3的检测结果与仿真分析结果进行对比验证，以验证仿真分析结果是否准确；
若仿真分析结果的准确性未满足预设要求，则通过调整所述呼吸道有限元模型的网格划分质量、计算参数设置、边界条件、综合考虑温度因素和颗粒沉积规律中的至少一种方式优化仿真分析结果，直至仿真分析结果的准确性满足要求。
该实施例通过将物理实验结果与仿真分析实验结果相互验证，在验证出仿真分析实验结果不满足预设要求的情况下，重新调整仿真实验的参数设置，以优化仿真分析结果，能够通过仿真分析结果对卷烟评价提供更准确的依据。
在一些实施例中，本公开的测试方法还包括：
3D打印得到呼吸道仿生模型1；
将烟气驱动装置2连接于呼吸道仿生模型1的连接口16，并将检测装置3与呼吸道仿生模型1耦合。
更具体地，在一些实施例中，3D打印得到呼吸道仿生模型1包括：
采用核磁共振成像技术，获取人体的与呼吸道仿生模型1相应的各部位的数据；
基于所获得的数据，构建与呼吸道仿生模型1相应的三维模型；
基于所构造的三维模型，利用3D打印技术打印得到呼吸道仿生模型1。
在一些实施例中，在S400中对卷烟抽吸时烟气在呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析之前，本公开的测试方法还包括：
利用仿真软件给呼吸道有限元模型选择烟气颗粒类型和烟气流动的湍流模型。
本公开中所描述的控制器可以为用于执行本公开所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称：PLC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
以上所述仅为本公开的示例性实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (30)
1.一种卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，包括：
呼吸道仿生模型(1)，其上设有吸气口(15)和连接口(16)，所述吸气口(15)用于安装卷烟(20)；
烟气驱动装置(2)，与所述连接口(16)连接，并用于抽吸安装于所述吸气口(15)的卷烟(20)所产生的烟气，以驱动烟气在所述呼吸道仿生模型(1)内流动；
检测装置(3)，与所述呼吸道仿生模型(1)耦合，并对所述呼吸道仿生模型(1)内的烟气颗粒进行检测；和
仿真装置(8)，用于基于所述检测装置(3)的检测结果设置呼吸道有限元模型的边界条件，并对卷烟抽吸时烟气在所述呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析。
2.根据权利要求1所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述呼吸道仿生模型(1)包括口部(11)和咽喉部(12)，所述口部(11)与所述咽喉部(12)沿着烟气流动方向依次连通，所述口部(11)上设有所述吸气口(15)，所述烟气驱动装置(2)用于驱动所述烟气流经所述口部(11)和所述咽喉部(12)。
3.根据权利要求1所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，呼吸道仿生模型(1)和所述呼吸道有限元模型尺寸一致，且均基于人体相应部位的测量数据得出。
4.根据权利要求1所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述检测装置(3)用于检测所述呼吸道仿生模型(1)内烟气颗粒的尺寸特性、种类和沉积状况中的至少之一。
5.根据权利要求1所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述检测装置(3)包括激光粒子分析仪(31)，所述激光粒子分析仪(31)用于实时检测所述呼吸道仿生模型(1)内烟气颗粒的尺寸特性。
6.根据权利要求1所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述检测装置(3)包括化学分析设备(32)，所述化学分析设备(32)用于检测所述呼吸道仿生模型(1)内烟气颗粒的种类和沉积状况。
7.根据权利要求6所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述呼吸道仿生模型(1)的内壁上设有仿生呼吸道内膜(7)，用于捕捉烟气颗粒；所述化学分析设备(32)用于对设置于所述呼吸道仿生模型(1)内壁上的仿生呼吸道内膜(7)上的烟气颗粒进行检测分析，来确定所述呼吸道仿生模型(1)内烟气颗粒的种类和沉积状况。
8.根据权利要求1所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述仿真装置(8)用于通过数值模拟实验模拟烟气在所述呼吸道有限元模型内的运动轨迹、瞬态运动特性和烟气颗粒沉积位置中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，还包括：分析装置，与所述检测装置(3)和所述仿真装置(8)耦合，用于将所述检测装置(3)的检测结果与仿真分析结果进行对比验证。
10.根据权利要求1所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，还包括：分析装置，用于根据仿真分析结果得出烟气运动特性和烟气成分种类含量与感官评价指标的相关性。
11.根据权利要求1～10任一项所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，还包括安装管(5)，所述安装管(5)设置于所述吸气口(15)，并用于供卷烟(20)***，以实现所述卷烟(20)在所述吸气口(15)的安装。
12.根据权利要求11所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述安装管(5)可拆卸地设置于所述吸气口(15)。
13.根据权利要求1～10任一项所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述呼吸道仿生模型(1)包括口部(11)和咽喉部(12)，所述口部(11)与所述咽喉部(12)沿着烟气流动方向依次连通，所述连接口(16)位于所述咽喉部(12)上；或者，所述呼吸道仿生模型(1)包括肺部，所述肺部与所述咽喉部(12)连通，所述连接口(16)位于所述肺部上，所述烟气驱动装置(2)驱动所述烟气流经所述肺部。
14.根据权利要求1～10任一项所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述呼吸道仿生模型(1)上设有出气口，所述烟气驱动装置(2)驱动所述烟气从所述出气口流出。
15.根据权利要求14所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述呼吸道仿生模型(1)包括口部(11)和咽喉部(12)，所述出气口位于所述口部(11)；或者，所述呼吸道仿生模型(1)包括鼻部，所述鼻部与所述口部(11)连通，所述出气口位于所述鼻部。
16.根据权利要求1～10任一项所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述呼吸道仿生模型(1)包括两个半模(17)，所述两个半模(17)分体设置，并围合形成所述呼吸道仿生模型(1)的内腔(18)。
17.根据权利要求1～10任一项所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述烟气驱动装置(2)包括第一泵(22)，所述第一泵(22)连接于所述连接口(16)，以驱动所述卷烟(20)所产生的烟气流动。
18.根据权利要求17所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述第一泵(22)为抽吸泵(23)，且所述烟气驱动装置(2)还包括第二泵，所述第二泵连接于所述呼吸道仿生模型(1)的出气口，以驱动所述烟气从所述出气口流出。
19.根据权利要求18所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述烟气驱动装置(2)包括压力生成腔体(21)，所述第一泵(22)通过所述压力生成腔体(21)与所述连接口(16)连接。
20.根据权利要求1～10任一项所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，还包括测压装置(26)和控制***(4)，所述测压装置(26)与所述烟气驱动装置(2)耦合，并与所述控制***(4)信号连接，以将所述烟气驱动装置(2)内的压力信号传送至所述控制***(4)，实现闭环控制。
21.根据权利要求20所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述测压装置(26)与所述烟气驱动装置(2)的连接于第一泵(22)和连接口(16)之间的压力生成腔体(21)耦合，以将所述压力生成腔体(21)的压力信号实时传送至所述控制***(4)，实现闭环控制。
22.根据权利要求1～10任一项所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***，其特征在于，所述卷烟抽吸烟气分布状态测试***包括步进电机(25)，所述步进电机(25)与所述烟气驱动装置(2)连接，以驱动所述烟气驱动装置(2)工作；和/或，所述卷烟抽吸烟气分布状态测试***包括控制阀(64)，所述控制阀(64)设置于所述烟气驱动装置(2)与所述连接口(16)之间的流路上，并控制烟气流动方向。
23.一种基于如权利要求1～22任一项所述的卷烟抽吸烟气分布状态测试***的测试方法，其特征在于，包括：
将卷烟(20)安装于所述吸气口(15)，并点燃；
启动所述烟气驱动装置(2)，对所述卷烟(20)进行抽吸，以驱动烟气在所述呼吸道仿生模型(1)内流动；
通过所述检测装置(3)对所述呼吸道仿生模型(1)内的烟气颗粒进行检测；
通过所述仿真装置(8)基于所述检测装置(3)的检测结果设置呼吸道有限元模型的边界条件，并对卷烟抽吸时烟气在所述呼吸道有限元模型中的流动进行仿真分析。
24.根据权利要求23所述的测试方法，其特征在于，通过所述检测装置(3)对所述呼吸道仿生模型(1)内的烟气颗粒进行检测包括：
在抽吸过程中，通过所述检测装置(3)的激光粒子分析仪(31)检测所述呼吸道仿生模型(1)内烟气颗粒的尺寸；和/或，
在抽吸过程中或抽吸结束后，通过所述检测装置(3)的化学分析设备(32)检测所述呼吸道仿生模型(1)内烟气颗粒的种类和沉积状况。
25.根据权利要求24所述的测试方法，其特征在于，通过所述检测装置(3)的化学分析设备(32)检测所述呼吸道仿生模型(1)内烟气颗粒的种类和分布包括：
通过所述化学分析设备(32)对位于所述呼吸道仿生模型(1)内壁上的仿生呼吸道内膜(7)所捕集的烟气颗粒进行分析，以确定烟气颗粒的种类和沉积状况。
26.根据权利要求23所述的测试方法，其特征在于，还包括：
采用核磁共振成像技术，获取人体与所述呼吸道仿生模型(1)相应的各部位的数据；
基于所获得的数据，采用有限元分析软件构建与所述呼吸道仿生模型(1)相应的所述呼吸道有限元模型。
27.根据权利要求23所述的测试方法，其特征在于，还包括：
将所述检测装置(3)的检测结果与仿真分析结果进行对比验证，以验证仿真分析结果是否准确；
若仿真分析结果的准确性满足预设要求，则利用仿真分析结果对烟气运动特性和烟气颗粒种类与卷烟感官评价指标之间的相关性进行分析。
28.根据权利要求23所述的测试方法，其特征在于，还包括：
将所述检测装置(3)的检测结果与仿真分析结果进行对比验证，以验证仿真分析结果是否准确；
若仿真分析结果的准确性未满足预设要求，则通过调整所述呼吸道有限元模型的网格划分质量、计算参数设置、边界条件、综合考虑温度因素和颗粒沉积规律中的至少一种方式优化仿真分析结果，直至仿真分析结果的准确性满足要求。
29.根据权利要求23所述的测试方法，其特征在于，还包括：
3D打印得到所述呼吸道仿生模型(1)；
将所述烟气驱动装置(2)连接于所述呼吸道仿生模型(1)的连接口(16)，并将所述检测装置(3)与所述呼吸道仿生模型(1)耦合。
30.根据权利要求29所述的测试方法，其特征在于，3D打印得到所述呼吸道仿生模型(1)包括：
采用核磁共振成像技术，获取人体的与所述呼吸道仿生模型(1)相应的各部位的数据；
基于所获得的数据，构建与所述呼吸道仿生模型(1)相应的三维模型；
基于所构造的三维模型，利用3D打印技术打印得到所述呼吸道仿生模型(1)。
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Cited By (2)
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| CN117493945B (zh) * | 2023-12-25 | 2024-03-29 | 山东产研青创信息科技有限公司 | 一种基于计算机视觉的烟气分析预警方法以及*** |
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