<abstract xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">Accurate measurements of cigarette coal temperature are essential to understand the thermophysical and thermo-chemical processes in a burning cigarette. The last system-atic studies of cigarette burning temperature measurements were conducted in the mid-1970s. Contemporary cigarettes have evolved in design features and multiple standard machine-smoking regimes have also become available, hence there is a need to re-examine cigarette combustion. In this work, we performed systematic measurements on gas-phase temperature of burning cigarettes using an improved fine thermocouple technique. The effects of machine-smoking parameters (puff volume and puff duration) and filter ventilation levels were studied with high spatial and time resolutions during single puffs. The experimental results were presented in a number of differ-ent ways to highlight the dynamic and complex thermal processes inside a burning coal. A mathematical distribution equation was used to fit the experimental temperature data. Extracting and plotting the distribution parameters against puffing time revealed complex temperature profiles under different coal volume as a function of puffing intensities or filter ventilation levels. By dividing the coal volume prior to puffing into three temperature ranges (low-temperature from 200 to 400 °C, medium-temperature from 400 to 600 °C, and high-temperature volume above 600 °C) by following their development at different smoking regimes, useful mechanistic details were obtained. Finally, direct visualisation of the gas-phase temperature through detailed temperature and temperature gradient contour maps provided further insights into the complex thermo-physics of the burning coal. [Beitr. Tabakforsch. Int. 26 (2014) 191-203]</abstract>

Accurate measurements of cigarette coal temperature are essential to understand the thermophysical and thermo-chemical processes in a burning cigarette. The last system-atic studies of cigarette burning temperature measurements were conducted in the mid-1970s. Contemporary cigarettes have evolved in design features and multiple standard machine-smoking regimes have also become available, hence there is a need to re-examine cigarette combustion. In this work, we performed systematic measurements on gas-phase temperature of burning cigarettes using an improved fine thermocouple technique. The effects of machine-smoking parameters (puff volume and puff duration) and filter ventilation levels were studied with high spatial and time resolutions during single puffs. The experimental results were presented in a number of differ-ent ways to highlight the dynamic and complex thermal processes inside a burning coal. A mathematical distribution equation was used to fit the experimental temperature data. Extracting and plotting the distribution parameters against puffing time revealed complex temperature profiles under different coal volume as a function of puffing intensities or filter ventilation levels. By dividing the coal volume prior to puffing into three temperature ranges (low-temperature from 200 to 400 °C, medium-temperature from 400 to 600 °C, and high-temperature volume above 600 °C) by following their development at different smoking regimes, useful mechanistic details were obtained. Finally, direct visualisation of the gas-phase temperature through detailed temperature and temperature gradient contour maps provided further insights into the complex thermo-physics of the burning coal. [Beitr. Tabakforsch. Int. 26 (2014) 191-203]

Effect of Machine Smoking Intensity and Filter Ventilation Level on Gas-Phase Temperature Distribution Inside a Burning Cigarette

Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 45000, China

British American Tobacco, Group Research & Development, Regents Park Road, Southampton SO15 8TL, UK

<trans-abstract xml:lang="de" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">Präzise Messungen der Temperatur der Zigarettenkohle sind unabdingbar, um die thermophysikalischen und thermochemischen Prozesse in einer brennenden Zigarette verstehen zu können. Die letzten systematischen Studien zu Temperaturmessungen bei brennenden Zigaretten wurden Mitte der 1970er Jahre durchgeführt. Die heutigen Zigaretten haben sich in ihren Konstruktionsmerkmalen weiter-entwickelt und es stehen inzwischen mehrere Standard-protokolle für Rauchmaschinen zur Verfügung. Daher muss die Zigarettenverbrennung neu untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit wurden mithilfe einer verbesserten Feindraht-Thermoelement-Technik systematische Messungen der Temperatur der Gasphase von brennenden Zigaretten durchgeführt. Die Auswirkungen maschineller Abrauchparameter (Zugvolumen und Zugdauer) sowie des Filterventilationsgrads wurden mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung während einzelner Züge untersucht. Die Versuchsergebnisse wurden auf verschiedene Arten präsentiert, um die dynamischen und komplexen ther-mischen Prozesse in der brennenden Kohle herauszustellen. Die experimentellen Temperaturdaten wurden in eine mathematische Verteilungsgleichung eingefügt. Die Extraktion und Darstellung der Verteilungsparameter in Gegenüberstellung zur Zugzeit ergaben komplexe Tempe-raturprofile bei unterschiedlichem Kohlevolumen in Abhängigkeit von der Zugintensität bzw. dem Grad der Filterventilation. Durch eine Unterteilung des Kohlevolu-mens vor dem Ziehen in drei Temperaturbereiche (niedrig von 200 bis 400 °C, mittel von 400 bis 600 °C und hoch über 600 °C) und durch die Untersuchung ihrer Entwick-lung bei unterschiedlichen Rauchprotokollen wurden hilfreiche mechanistische Daten erhoben. Die direkte Visualisierung der Gasphasentemperatur durch detaillierte Temperatur- und Temperaturgradienten-Konturkarten lieferte weitere Erkenntnisse zur komplexen Thermophysik brennender Kohle. [Beitr. Tabakforsch. Int. 26 (2014) 191-203]</trans-abstract>

Präzise Messungen der Temperatur der Zigarettenkohle sind unabdingbar, um die thermophysikalischen und thermochemischen Prozesse in einer brennenden Zigarette verstehen zu können. Die letzten systematischen Studien zu Temperaturmessungen bei brennenden Zigaretten wurden Mitte der 1970er Jahre durchgeführt. Die heutigen Zigaretten haben sich in ihren Konstruktionsmerkmalen weiter-entwickelt und es stehen inzwischen mehrere Standard-protokolle für Rauchmaschinen zur Verfügung. Daher muss die Zigarettenverbrennung neu untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit wurden mithilfe einer verbesserten Feindraht-Thermoelement-Technik systematische Messungen der Temperatur der Gasphase von brennenden Zigaretten durchgeführt. Die Auswirkungen maschineller Abrauchparameter (Zugvolumen und Zugdauer) sowie des Filterventilationsgrads wurden mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung während einzelner Züge untersucht. Die Versuchsergebnisse wurden auf verschiedene Arten präsentiert, um die dynamischen und komplexen ther-mischen Prozesse in der brennenden Kohle herauszustellen. Die experimentellen Temperaturdaten wurden in eine mathematische Verteilungsgleichung eingefügt. Die Extraktion und Darstellung der Verteilungsparameter in Gegenüberstellung zur Zugzeit ergaben komplexe Tempe-raturprofile bei unterschiedlichem Kohlevolumen in Abhängigkeit von der Zugintensität bzw. dem Grad der Filterventilation. Durch eine Unterteilung des Kohlevolu-mens vor dem Ziehen in drei Temperaturbereiche (niedrig von 200 bis 400 °C, mittel von 400 bis 600 °C und hoch über 600 °C) und durch die Untersuchung ihrer Entwick-lung bei unterschiedlichen Rauchprotokollen wurden hilfreiche mechanistische Daten erhoben. Die direkte Visualisierung der Gasphasentemperatur durch detaillierte Temperatur- und Temperaturgradienten-Konturkarten lieferte weitere Erkenntnisse zur komplexen Thermophysik brennender Kohle. [Beitr. Tabakforsch. Int. 26 (2014) 191-203]

<trans-abstract xml:lang="fr" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">Des mesures précises de la température du charbon des cigarettes sont essentielles pour comprendre les processus thermophysiques et thermochimiques dans une cigarette allumée. Les dernières études systématiques traitant des mesures de la température de combustion des cigarettes ont été menées au milieu des années 70. Les cigarettes contemporaines ont évolué sur le plan de leur conception et de multiples régimes standards de fumage par machine sont désormais disponibles; il y a donc un besoin de réexaminer la combustion des cigarettes. Dans le cadre des présents travaux, nous avons réalisé des mesures systématiques de la température en phase gazeuse de cigarettes allumées, en utilisant une technique améliorée de thermocouple fin. Les effets des paramètres de fumage par machine (volume et durée des bouffées) et les niveaux de ventilation des filtres ont été étudiés avec des résolutions spatiales et temporelles élevées au cours de bouffées uniques. Les résultats expérimentaux ont été présentés de différentes manières pour mettre en évidence les processus thermiques dynami-ques et complexes à l'intérieur d'un charbon incandescent. Une équation mathématique de distribution a été utilisée pour décrire les données des températures expérimentales. L'extraction et la représentation graphique des paramètres de distribution par rapport à la durée de la bouffée ont révélé des profils de température complexes avec différents volumes de charbon en fonction des intensités des bouffées ou des niveaux de ventilation des filtres. La division du volume de charbon en trois plages de températures préalables à la bouffée (volume à températures basses de 200 à 400 °C, volume à températures moyennes de 400 à 600 °C et volume à températures élevées au-dessus de 600 °C) et le suivi de leur évolution dans le cadre de différents régimes de fumage ont permis d'obtenir des informations mécaniques utiles. Finalement, une visualisation directe de la température en phase gazeuse au moyen de cartes de températures détaillées et de courbes de gradients de température a fourni des indications supplémentaires concernant la thermophysique complexe du charbon incandescent. [Beitr. Tabakforsch. Int. 26 (2014) 191-203]</trans-abstract>

Des mesures précises de la température du charbon des cigarettes sont essentielles pour comprendre les processus thermophysiques et thermochimiques dans une cigarette allumée. Les dernières études systématiques traitant des mesures de la température de combustion des cigarettes ont été menées au milieu des années 70. Les cigarettes contemporaines ont évolué sur le plan de leur conception et de multiples régimes standards de fumage par machine sont désormais disponibles; il y a donc un besoin de réexaminer la combustion des cigarettes. Dans le cadre des présents travaux, nous avons réalisé des mesures systématiques de la température en phase gazeuse de cigarettes allumées, en utilisant une technique améliorée de thermocouple fin. Les effets des paramètres de fumage par machine (volume et durée des bouffées) et les niveaux de ventilation des filtres ont été étudiés avec des résolutions spatiales et temporelles élevées au cours de bouffées uniques. Les résultats expérimentaux ont été présentés de différentes manières pour mettre en évidence les processus thermiques dynami-ques et complexes à l'intérieur d'un charbon incandescent. Une équation mathématique de distribution a été utilisée pour décrire les données des températures expérimentales. L'extraction et la représentation graphique des paramètres de distribution par rapport à la durée de la bouffée ont révélé des profils de température complexes avec différents volumes de charbon en fonction des intensités des bouffées ou des niveaux de ventilation des filtres. La division du volume de charbon en trois plages de températures préalables à la bouffée (volume à températures basses de 200 à 400 °C, volume à températures moyennes de 400 à 600 °C et volume à températures élevées au-dessus de 600 °C) et le suivi de leur évolution dans le cadre de différents régimes de fumage ont permis d'obtenir des informations mécaniques utiles. Finalement, une visualisation directe de la température en phase gazeuse au moyen de cartes de températures détaillées et de courbes de gradients de température a fourni des indications supplémentaires concernant la thermophysique complexe du charbon incandescent. [Beitr. Tabakforsch. Int. 26 (2014) 191-203]

Contributions to Tobacco & Nicotine Research

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Accurate measurements of cigarette coal temperature are essential to understand the thermophysical and thermo-chemical processes in a burning cigarette. The...

Effect of Machine Smoking Intensity and Filter Ventilation Level on Gas-Phase Temperature Distribution Inside a Burning Cigarette

Published Online: Jan 31, 2015

Page range: 191 - 203

Received: Jul 25, 2014

Accepted: Nov 27, 2014

DOI: https://doi.org/10.1515/cttr-2015-0007

© 2015 Beiträge zur Tabakforschung International

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