Numerical Simulation of the Burning Process in a King-Size Cigarette Based on Experimentally Derived Reaction Kinetics

Un modèle mathématique bidimensionnel (2D) complet fut proposé en vue de simuler le processus de combustion d’une cigarette king size. Les caractéristiques de ce modèle inclurent 1) l’utilisation de modèles cinétiques pour l’évaporation de l’eau, la pyrolyse du tabac et l’oxydation du résidu carbonisé, 2) l’application de relations mathématiques entre les quantités libérées de certains produits (par ex. le goudron et le CO) et diverses variables de réaction (par ex. les températures et les concentrations en oxygène), 3) l’introduction des transferts de quantité de mouvement, de chaleur et de masse et 4) la prise en compte des effets filtrants du filtre de la cigarette sur le goudron. Ces caractéristiques furent traduites en un ensemble d’équations couplées susceptibles d’être résolues numériquement sous FLUENT. Les informations relatives au champ de densité du résidu carbonisé, au champ de température, au champ de vitesse d’écoulement, aux champs de densité du CO et du goudron et à l’efficacité du filtre purent être déterminées à partir du modèle. Ce modèle fut validé par comparaison des prédictions et des données expérimentales relatives au nombre de bouffées, aux températures en des points précis et aux rendements de goudron et de CO à diverses intensités de bouffée. Les résultats calculés révélèrent une bonne concordance avec les données expérimentales. Le nombre prédit de bouffées s’éleva à 7,3 alors que le nombre expérimental de bouffées fut de 6,8. L’erreur quadratique moyenne normalisée (EQMN) entre les températures prédites et expérimentales en des points spécifiques fut de < 18%. L’efficacité de filtration prédite pour le goudron atteignit 46,1% et l’efficacité de filtration déterminée par expérimentation pour la nicotine fut de 44,5%. Les écarts relatifs maximaux sur les rendements du goudron et du CO à diverses intensités de bouffée s’élevèrent respectivement à 8,9% et 10,6%.