随着吸烟与健康研究的深入,吸烟健康问题越来越受到卷烟吸食者的关注,并且卷烟吸食者对卷烟品质、口感的要求越来越高,研究卷烟滤嘴的物理结构,对实现卷烟烟气降焦减害有着非常重要的意义。因此,本论文利用ICEM CFD 15.0软件、主流计算流体力学仿真软件Fluent 15.0,建立卷烟滤嘴的数学模型,对卷烟烟气在滤嘴中的流动进行了数值模拟,从而为卷烟滤嘴提供一种较为前沿的研究方法和思路,通过研究的理化数据,揭示烟气在滤嘴内部的流动特点,可为后续卷烟滤嘴的进一步研究提供技术支撑。主要的研究内容包括如下:(1)测量了三种结构滤嘴滤芯孔隙率,得到卷烟滤嘴滤芯孔隙率分布为0.66~0.8;在自主研发的吸烟机的基础上测量了不同频率下三种结构滤嘴吸入端压强、吸入端流速、滤嘴近烟丝端流速,将滤嘴吸入端流速与吸入端压强进行线性拟合,发现了烟气在滤嘴中流动符合达西定律,为后续建立卷烟滤嘴数学模型提供了边界条件和模型验证。(2)基于吸烟机对经过剑桥滤片收集到的卷烟烟气进行定性定量分析,得到了卷烟烟气中主要成分及其质量分数,通过剑桥滤片对卷烟烟气中粒相物质的收集,从而计算得到三种不同结构滤嘴对烟气中粒相物质的过滤效率分别为:一元滤嘴40.13%、二元滤嘴39.83%、沟槽滤嘴43.90%。为后续卷烟滤嘴数学模型的验证提供了思路和方法。(3)将卷烟滤嘴作为一种各向同性,孔径均匀的多孔介质,通过质量、动量以及组分运输方程,并且利用用户自定义函数UDF实现了三维卷烟滤嘴内部烟气流动的瞬态模拟,分析了三种结构滤嘴内部烟气流场的变化情况,考察卷烟抽吸过程滤嘴内部烟气速度、滤嘴内部压强分布情况以及烟气中粒相在滤嘴中的质量分数分布情况,得到以下结论;滤嘴抽吸的初始时刻整体烟气速度较小,随着抽吸时间的推移,烟气速度不断增大,在接近抽吸结束,烟气速度又随之降低;在一元和二元滤嘴中,各个抽吸时刻烟气在滤嘴中心部分的速度要明显大于滤嘴外周部分,而对于沟槽滤嘴的沟槽部分,其烟气速度要明显大于滤嘴滤芯部分;从近烟丝端至抽吸端,滤嘴内部压强呈现一定梯度逐步缓慢减小的趋势;由模拟结果得到三种结构滤嘴对烟气中粒相物质过滤效果:沟槽滤嘴>一元滤嘴>二元滤嘴,对烟气中一氧化碳过滤效果:沟槽滤嘴>一元滤嘴>二元滤嘴。(4)通过滤嘴对烟气中粒相物质的过滤效率以及达西定律对滤嘴模型进行了验证,从而可知采用质量守恒、动量守恒以及组分运输方程,结合用户自定义函数UDF实现三维卷烟滤嘴内部烟气流动的瞬态模拟,研究烟气在滤嘴中的内部流动规律是正确的。