文章作者
潘勇1、李琳琳1、高阳蕾2、谭在宇1、胡红云3、赵泽宇1、贾志忠1、刘江江1、王健*1
1.湖北中烟工业有限责任公司，武汉市东西湖金山大道1355号
2. 河北省秦皇岛市河北大街西段438号燕山大学车辆与能源学院
3. 武汉市洪山区珞瑜路1037号华中科技大学能源与动力工程学院
文章摘要
为了探究烟叶堆放和发酵过程中的温度上升规律，对国产雪茄烟叶堆放和发酵过程中的温度进行了实验测量和数值模拟。对烟叶堆内部核心温度和周围平均温度进行了测试和分析。通过最高温度、温度范围和升温速率来判断烟叶堆垛发酵过程。根据升温速率确定烟叶堆垛发酵过程中的实测温度。数值模型。
结果表明：①不同发酵周期内，堆芯温度和周围平均温度均先升高后趋于稳定。 ②随着发酵次数的增加，烟垛最高温度和温度范围先增大后减小。当温度范围小于5℃时，烟垛发酵均匀性好，发酵基本完成。 ③在不同发酵周期中，堆芯升温速率呈现缓慢变化、快速上升和下降3个不同阶段。当升温速率持续降低24h以上时，认为发酵基本完成，烟叶堆垛发酵即可结束，并有堆垛标志。 ④烟叶堆各监测点温度模拟值与实际测量值变化趋势一致，相对误差在5%以内。该数值模型为烟叶堆垛发酵过程的定量分析提供了理论基础。
文章背景
发酵可以提高烟叶的品质，提高烟叶的品质。是解决国内优质雪茄原料短缺的重要途径。堆垛发酵是常用的发酵方法。其工艺简单，操作方便，可改善雪茄的香气和口感。但这种方法在发酵过程中受环境温湿度影响较大，导致发酵缓慢或容易出现雪茄现象。诸如烧桩等问题。发酵温度对发酵烟叶的化学成分和香气品质影响较大。适当提高发酵温度，可以有效促进烟叶中糖类和碱类物质的降解转化，促进烟叶香气成分的形成和积累，提高烟叶的感官品质。 。
目前，雪茄烟叶的发酵过程主要通过闻烟叶的味道来判断。这种判断方法对操作人员经验要求高，主观性强，对人工的依赖程度高，导致操作效率低，吸烟评价压力大。而在实际发酵过程中，主要以达到经验值的温度作为码垛指标，极大地制约了发酵的效率和质量。如何定量评价发酵过程的进度是目前雪茄烟叶发酵面临的问题之一。利用数值模拟方法探索生产过程的规律，并逐渐在烟草行业中得到应用。烟叶的发酵过程涉及微生物的新陈代谢，导致发酵过程中烟叶堆内部温度升高，从而影响雪茄烟叶的发酵过程。然而，关于烟叶堆放发酵过程与其内部温度变化关系的报道却很少。
本研究对雪茄叶堆发酵过程中不同监测点的温度变化进行了测量和分析。通过最高温度、温度范围和升温速率来判断烟叶堆的发酵过程。建立了基于温升速率的数值模型来监测烟叶堆。设计堆积发酵过程中的温度变化，为烟叶堆积发酵过程的定量分析提供理论参考。
文章概述
选取了5堆烟叶，烟叶均为中叶。烟叶堆放的具体参数如表1所示。为了比较烟叶堆放尺寸对烟叶发酵的影响，将3号烟叶堆放尺寸设置为1.2 m×1.2 m×1.2 m。
表1 烟叶堆放参数
标签。 1 叶叠
烟叶垛分为上、中、下三层，每层设置5个温度监测点，如图1所示。每层中间监测点的温度为烟垛核心温度，除堆芯外的其他四个监测点的平均温度为周围平均温度。
图1 烟叶堆温度监测点示意图
图1 叶栈
烟叶堆垛几何模型如图2所示。烟叶堆垛分为上、中、下三层。每层中间区域（0.8 m×0.8 m）为烟垛核心区域，烟垛核心外侧为周围烟叶区域。据此，烟叶堆内部被划分为6个区域。 。烟叶堆叠体积尺寸设置为1.5 m×1.5 m×1.5 m，放置在3 m×3 m×3 m的空间中。
一个。烟叶堆积 B．烟叶堆叠模拟环境
图2 烟叶堆放几何模型
图2 叶栈模型
以第四个发酵周期实测1～5号烟叶垛各层温度为例进行分析，结果如图3所示。可以看出，发酵15 h后，各层温度开始迅速上升；发酵150 h时，各层温度达到最高值，随后各层温度趋于稳定。但烟叶堆放发酵过程中，烟叶发酵过程不均匀，导致不同层各监测点温度不同。因此，需要进一步分析电堆堆芯温度和周围平均温度。
图3 烟叶堆各层温度随发酵时间的变化
图3 叶堆叠中各层随时间的变化
分析5号烟叶连续翻转发酵4次后各监测点温度随发酵时间的变化。第一次翻转后烟草堆中每个监测点的温度随时间的变化如图 4a 所示。可以看出，发酵0～20小时内各层温度没有明显变化；发酵30小时，下层核心温度和周围平均温度开始上升；发酵80小时后，各层的核心温度和周围区域的平均温度都有大幅度上升。大，但各层核心温度均低于周围平均温度。发酵结束时，各层核心温度及周围区域平均温度接近28.0℃。
一个。第一次转动 B.第二次转动 C.第 3 次转动 D.第4次转弯
图4 不同翻批批次烟叶堆放温度随发酵时间的变化
图4 叶子堆叠与时间的关系 堆叠后的时间
显示1～5号烟叶堆在整个发酵周期内的最高温度（每个发酵周期的烟囱核心最高温度）和温度范围（每个发酵周期的最高温度与最低温度之差）如图5所示。可以看出，第一次发酵后，各烟叶堆的最高温度较低，温度变化范围也较小。在第二次发酵过程中（第一次翻烟垛后，下同），各烟叶烟垛的最高温度总体呈上升趋势。第三次发酵时，各烟叶堆的最高温度和温度范围均明显增大，表明各烟叶堆内烟叶的发酵强度有所增加。
一个。最高温度 B.极端温差
图5 不同发酵时间下烟叶堆放最高温度及温度范围
图 5 和叶堆
整个发酵周期内5号烟叶垛各层升温速率随发酵时间的变化如图6所示。可以看出，第一次翻动后，在发酵的0～10小时内，烟叶堆发酵程度低，产热量小。由于外部环境温湿度和发酵车间空调供应的影响，烟叶堆内温度略低。减小，导致温升速率呈现负值；发酵30h后，各烟垛芯温升率为正值，表明烟叶垛内部温度开始上升，发酵过程中产热量持续增加；发酵150h后，下层堆芯的升温速率减小，并与上、中层芯的升温速率分离。
一个。第一次转动 B.第二次转动 C.第 3 次转动 D.第4次转弯
图6 不同翻动批次烟叶烟叶堆芯升温速率随发酵时间的变化
图6 各周期叶堆芯随时间的上升率
根据温升速率构建温升热源，模拟烟叶堆各监测点的温度。其中，5号烟叶堆各监测点温度的实测值和模拟值如图7所示。可以看出，各监测点温度的模拟值有与实际测量值变化趋势相同，相对误差在5%以内。这说明建成的温升热源以及通过数值模拟得到的温度数据是比较准确的。这也说明，根据温升速率构建的数值是比较准确的。模型表征烟叶堆垛发酵过程的可行性。
图7 烟叶堆各监测点温度实测值与模拟值
图 7 叶栈中各点的分布
对5号烟叶垛第三次翻转后发酵周期内烟叶垛温度进行数值模拟，得到烟叶垛纵截面温度云图。结果如图8所示。可以看出，发酵初期，烟叶垛内部温度没有明显变化，与环境温度基本一致。
发酵初期，烟叶内部温度开始升高。具体来说，中下层烟叶的温度较高，上层烟叶的温度较低。主要原因是下层烟叶密度较高，保温效果较好，可以促进烟叶在堆内堆积。发酵使中下层烟叶的温度较高。发酵中期，上部烟叶温度开始升高。发酵后期，烟叶堆放温度整体达到较高值。中、下层烟叶温度接近，上层烟叶温度较低。主要原因是发酵后期各层发酵强度降低，导致上层产热量减少。同时，上层烟叶堆放密度较小。保温性能差，易受外部环境温湿度和发酵车间空调供应的影响。
一个。早期发酵 B.早期发酵 C.中度发酵 D.后期发酵
图8 烟叶烟垛纵断面温度云图
图8 叶栈云图
该研究得到湖北中烟工业有限责任公司科技项目“雪茄烟叶堆积发酵过程数字化表征与控制技术研究（）”的资助。
引用这篇文章
潘勇，李琳琳，高阳蕾，等。国产雪茄烟叶堆积发酵过程温度特性分析及数值模拟[J].烟草科技, 2024, 57(8): 75-82.
潘勇，李，高，等。雪茄堆的研究［J］. &, 2024, 57(8): 75-82。
DOI：10.16135/j.-0861.2024.0254
本文摘自《烟草科技》2024年第8期《国产雪茄烟叶堆积发酵过程的温度特性分析及数值模拟》文章。
原文链接：
编辑|褚美洁
评论|潘伟
最终审判|胡斌