2012年, 第39卷, 第4期　刊出日期：2012-07-20

  

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化学与化学工程
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  十二烷基苯磺酸钠对膜蒸馏过程膜润湿的研究

  吴霞;韩浩思;丁忠伟*;刘丽英

  . 2012, 39(4): 1-05.

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  利用聚偏氟乙烯（PVDF）平板膜，以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的水溶液为介质，通过考察温度、原料质量分数以及是否加入NaCl等因素对跨膜通量的影响来研究膜润湿的过程。结果表明：膜蒸馏过程中膜润湿的进程与膜表面孔径的分布有关，表面活性剂分子由于表面扩散作用在部分润湿膜孔内爬伸的过程中，由于热侧气液界面处温度的降低导致的传质推动力降低占主要作用。当膜孔全润湿后，通量完全由膜两侧渗透压决定，脱盐率下降到较低水平。降低膜蒸馏的温度或降低SDBS含量均可以减缓膜蒸馏膜润湿的进程；加入NaCl导致溶液表面张力增大，也可以减缓膜润湿。
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  旋转填充床气相流场模拟与验证

  孙润林;向阳*;初广文;邹海魁;邵磊;陈建峰

  . 2012, 39(4): 6-11.

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  为探索旋转填充床内的气相流场分布，本文对旋转床里的填料进行简化，建立了旋转床的二维物理模型。采用Fluent软件的标准k-ε模型模拟床内的气相流场，计算气体压降，并分析了气体在径向分布情况。结果表明：旋转填充床的压降主要集中在填料层内，压降随气体流量、转速的增加而增加，与实验数据相比，最大平均误差约22.6%；对于不同入口方式和内构件的旋转床，压降大小顺序为：切向入口>径向加挡板>径向加开孔挡板>径向入口，其中径向加挡板的旋转床内气体分布的均匀性较差。
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  磷钨酸盐催化果糖水解制备5-羟甲基糠醛

  曲永水;黄崇品*;宋彦磊;张傑;陈标华

  . 2012, 39(4): 12-16.

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  以磷钨酸盐为催化剂，研究了其对果糖水解过程的影响，考察了反应时间、温度、催化剂种类及用量等因素对5-羟甲基糠醛（5-HMF）收率的影响。实验结果表明：160℃时在二甲基亚砜（DMSO）中，以CePW12O40为催化剂，反应8h，5-HMF的收率最高为99.2%；该催化剂循环使用6次，仍能保持较高活性，5-HMF的收率仍能保持90.5%。与传统加热方法相比，微波加热可明显加快反应速率，缩短反应时间。
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  氨在[Dmim]DMP离子液体中溶解度的测定

  孙光明;郑丹星*;黄维佳;董丽

  . 2012, 39(4): 17-21.

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  在温度为293.15~333.15K，压力为0.053~0.665MPa的条件下，用等温合成法测定了氨(NH3)在离子液体1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯([Dmim]DMP)中的溶解度数据。根据各测定量的不确定度和实验数据，计算出各实验点溶解度的不确定度，平均不确定度为0.010，最大不确定度为0.018。以NRTL活度系数模型关联实验数据，获得模型参数，并比较拟合模型的计算值和实验值，平均相对偏差为2.8%，最大相对偏差为6.2%。
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  流体振荡对纯液体气液相平衡压力的影响

  吴彩艳;严为;张珍禛;郭锴*

  . 2012, 39(4): 22-25.

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  通过恒温水浴振荡器使液体（乙醇、异丙醇和水）产生振荡，以此研究在振荡条件下气液相平衡压力与饱和蒸汽压的偏离程度。结果表明：流体的振荡使气液相平衡压力与其饱和蒸汽压发生了明显的偏移，且偏移程度随振荡时间的增加而增大，3min左右趋于稳定；振荡频率越大、温度越高偏移程度越大，在温度35℃和振荡频率210min^-1的条件下，乙醇最大偏移程度为14.5%。
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  活性炭模块的制备及其对苯的吸附性能研究

  陈寒光¹；张忠良^2*；王东辉²；金君素¹；张泽廷¹

  . 2012, 39(4): 26-30.

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  以胶黏剂和颗粒活性炭为原料，制备了活性炭模块并测试了该模块的床层阻力、强度及对苯蒸气的动态吸附性能，考察了胶黏剂添加量和添加增稠剂对上述性能的影响。结果表明该活性炭模块的优化制备条件为热处理温度95℃，热处理时间5h，胶黏剂添加量10%以及充分冲洗掉增稠剂。在该制备条件下，模块成型的活性炭对苯蒸气的动态饱和吸附量可达106.39mg/cm³，吸附速率为920.43min^-1，与成型前相比吸附性能下降小于10%；床层阻力小于颗粒装填床层，抗压强度大于0.12MPa/cm²。
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  聚乙烯醇聚合一塔的计算机优化及动态模拟

  李群生¹;赵彦乐¹;张德志¹;王宝华^2*
  

  . 2012, 39(4): 31-35.

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  采用化工流程模拟软件，对聚乙烯醇生产中聚合工段聚合一塔进行了模拟计算。通过稳态灵敏度分析，优化了聚合一塔的最优操作点，即进料位置40块塔板，回流比0.7，馏出量6650 kg/h。动态研究表明，进料量、进料组成和回流量扰动均对一塔操作产生较大影响，其中，塔顶流量及组成动态响应速度缓慢，波动超过7 h，塔釜产品醋酸乙烯质量分数波动在扰动2~3 h时存在峰值；对于以塔底产品为主的聚合一塔，不能通过增加塔顶回流量来提高分离效果；串级控制通过改变吹入甲醇量可以快速有效控制塔釜产品醋酸乙烯含量。
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  笼型甲烷水合物中单、双水分子缺位后的结构与稳定性

  宋军军;李亚平;杨作银^*

  . 2012, 39(4): 36-41.

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  采用量子化学计算方法，对甲烷水合物基本空腔(H₂O)₂₀缺失水分子后形成的(H₂O)₁₉ 和(H₂O)₁₈ 笼型结构特征及其甲烷水合物的稳定性等进行了深入探讨。结果表明，只有相邻且同面的两个水分子缺失，甲烷才有溢出笼型的可能，笼型结构中O—O边长的变化主要源于氢键键长的改变，O—H共价键键长以及H—O—H 键角的变化很小；同类结构异构体的稳定性主要由水分子间的结合能决定，非同类异构体的稳定性主要取决于相邻五元环的个数，而相邻四元环数目的增加将降低其稳定性。
材料科学与工程
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  陶土-粉煤灰基吸附性陶瓷基体的制备及其吸附性能

  徐姗姗;魏刚; 张晓丰;魏云鹏;张小冬; 乔宁^*

  . 2012, 39(4): 42-46.

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  以陶土和改性粉煤灰为原料，采用半干压成型工艺制备了吸附性陶瓷基体。研究了原料预处理、配比、烧成温度等对陶瓷基体性能的影响，确定了最佳制备条件：陶土和改性粉煤灰质量比8∶2，升温速率1 ℃/min，烧成温度900 ℃。在此条件下制得的陶瓷基体的孔隙率为36.75%，孔径分布区间在5～27 nm，纯水通量52.89 L/(m²·h)，压缩强度17.923MPa。对罗丹明B、亚甲蓝、刚果红模拟印染废水、含PO^3- ₄废水和含Fe²⁺废水的处理结果表明，所制备的陶瓷基体具有良好的吸附和截留性能。
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  硅氧烷偶联剂VTES及含氟丙烯酸酯G04改性苯丙乳液的合成及性能研究

  赵佳树;魏刚;乔宁^*

  . 2012, 39(4): 47-51.

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  为提高苯丙乳液的耐热防腐性能，利用乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）和甲基丙烯酸十二氟庚酯（G04）对传统苯丙乳液进行改性。采用半连续乳液聚合工艺，通过甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸与VTES和G04的接枝共聚反应，合成了稳定的有机硅氟改性苯丙乳液。通过红外光谱对共聚产物进行了结构表征，并考察了VTES和G04含量对改性乳液涂膜吸水率、附着力、耐高温、耐蚀等性能的影响。结果表明，当单体中VTES和G04的质量分数分别为5%和18%时，改性乳液涂膜吸水率降至5%以下，涂膜机械性能和耐蚀性能良好，且在120 ℃下不发粘、无起皮鼓泡等变化。此外，当乙醇添加量为5%时，可有效抑制VTES自身缩聚；当引入适量丙烯酸时，乳液涂膜铅笔硬度可提升至2H。
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  纺丝溶液的挤出对聚丙烯腈初生纤维表面形态的影响

  苏华;杨晨;薛一萌;徐樑华;童元建

  . 2012, 39(4): 52-57.

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  采用旋转流变仪并结合Tanner黏弹性流体挤出胀大方程研究了剪切对聚丙烯腈/二甲基亚砜(PAN/DMSO)溶液挤出胀大的影响，用原子力显微镜(AFM)研究了挤出速度对PAN初生纤维表面粗糙度的影响规律。结果表明：随着挤出速度的增大，体系的挤出胀大比逐渐增大，当挤出速度大于90m/h时，挤出胀大比的变化出现拐点，增大的趋势变缓；聚合物大分子链的回复是初生纤维表面形貌形成的主要原因，湿法纺丝过程中，挤出速度低于90m/h时初生纤维表面粗糙度随着挤出速度增加而减少，在较高挤出速度时，随着挤出速度增加而增加；干湿法纺丝初生纤维的表面粗糙度明显低于湿法纺丝，并且随挤出速度的增加而增大。
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  微波镁热还原法制备ZrB₂粉体及表征

  曹晓伟;李友芬^*;王琦

  . 2012, 39(4): 58-62.

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  以二氧化锆、硼酸和镁粉为原料，利用微波镁热还原法合成了纳米级的ZrB₂粉体。研究了镁粉含量与合成工艺对ZrB₂粉体的影响，通过TG-DTA分析了物相在不同温度下的反应过程，利用XRD、EDS和TEM考察了产物的组成和形貌。实验结果表明：采用微波镁热法，加热时间为20min就可得到ZrB₂粉体，杂相Zr₂O和Mg₃B₂O₆等为镁热反应中副反应生成的产物；当原料配比为n(Zr₂O)∶n(H₃BO₃)∶n(Mg)=1∶3∶4时，合成产物中ZrB₂的相对含量最高；合成的ZrB₂粉体为球状，平均粒径为80nm左右；加入NaCl有助于降低ZrB₂颗粒尺寸。
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  结合磷型丙烯酸酯阻燃压敏胶的制备与性能

  夏雨正;张娜;石淑先;陈晓农

  . 2012, 39(4): 63-67.

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  将丙烯酸聚醚磷酸酯与丙烯酸酯进行自由基溶液聚合，制得具有本征阻燃性能的结合磷型丙烯酸酯共聚物溶液，然后将该溶液与油性聚磷酸铵浆料共混制得结合磷型丙烯酸酯阻燃压敏胶。考察了引发剂用量、单体配比、丙烯酸聚醚磷酸酯用量、聚磷酸铵用量等因素对压敏胶的压敏性和阻燃性的影响规律，并用IR和TG对共聚物进行了表征。结果表明，当丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸和丙烯酸聚醚磷酸酯（PAM300）的质量比为56.0∶4.2∶23.7∶14.0:2.1∶10.0，引发剂质量分数为0.6%，聚磷酸铵质量分数为24%时，可制得阻燃性和压敏性均佳的压敏胶，所得压敏胶阻燃性能和常规性能均与进口阻燃压敏胶BMS5-133D的性能相当。
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  聚丙烯酸固载纳米TiO2复合材料的制备及其光催化性能

  张成龙¹;郑凯¹;孟祥福^2*

  . 2012, 39(4): 68-71.

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  采用改进的溶胶-凝胶法制备了水溶性TiO₂干凝胶，利用交联聚丙烯酸（PAA）强吸水性和三维网状结构特点，将TiO₂溶胶粒子固载到聚丙烯酸高分子链上，经过水热处理原位生长制备PAA/TiO₂纳米复合材料。通过拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等测试手段研究PAA/TiO₂纳米复合材料的结构特征，以甲基橙为模型污染物研究了PAA/TiO₂纳米复合材料的光催化性能。结果表明，纳米TiO2粒子被固载到PAA高分子链上，PAA吸水膨胀后扩展至整个反应空间，有效地增加了纳米TiO₂与有机污染物的接触面积，大大提高了光催化降解的效率。
生物技术与环境工程
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  基于sigma因子全局代谢扰动提高克雷伯肺炎杆菌的3-羟基丙酸产量

  王康¹;葛喜珍²;田平芳¹

  . 2012, 39(4): 72-76.

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  利用易错PCR技术构建了全局转录机器工程（gTME）关键元件σ因子（rpoD基因）的突变文库，连接至表达载体，电转化K.pneumoniae DSM 2026，并且从大量阳性克隆中筛选出一株3-羟基丙酸（3-HP）高产菌。初步发酵试验表明，该携带突变rpoD基因的工程菌能高效利用甘油生产3-HP，产量达到4.49g/L，比携带野生型rpoD基因的对照菌提高242.75%，甘油转化率、生产强度分别提高了832.50%、239.39%。
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  Taguchi法优化Bacillus amyloliquefaciens fmb50产surfactin工业发酵培养基

  姚树林;陆兆新;吕凤霞;王昱沣;别小妹*

  . 2012, 39(4): 77-83.

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  采用田口方法（Taguchi method）对影响surfactin生产的各因素进行筛选，并对显著因子的水平进行优化后得出最佳配比。统计分析结果表明：玉米粉、硝酸铵和O₄^3-对其产量影响显著。获得高产工业发酵培养基的配方为：玉米粉35g/L，硝酸铵为15g/L，尿素6g/L，O₄^3- 20mmol/L，Mn²⁺ 0.5mmol/L，Mg²⁺ 0.1mmol/L，Cu²⁺ 12.8μmol/L，Fe²⁺ 1μmol/L，Ca²⁺ 0.5μmol/L。此培养基surfactin产量达2294.28mg/L，较原有Landy培养基产量提高15%，生产成本降低40%，为实现surfactin的工业化生产提供了基础。
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  budC敲除及ldhA过表达对Klebsiella pneumoniae合成D-乳酸的影响

  王凤寰;孟青青

  . 2012, 39(4): 84-89.

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  为了提高K. pneumoniae中D-乳酸的合成效率，本文以BUD和LDH为改造目标，扩增丁二醇脱氢酶基因budC，并在其中插入四环素抗性基因tet，构建了基因敲除载体pTBT，转化K. pneumoniae，利用同源重组技术，敲除K. pneumoniae染色体上的budC基因，得到重组菌K. pneumonia B-；在此基础上，构建了表达载体pKP-ldhA，转化K. pneumoniae B-，过量表达乳酸脱氢酶基因ldhA，得到重组菌K. pneumoniae B-L+。摇瓶发酵结果显示，重组菌K. pneumoniae B-L+的丁二醇合成浓度比原始菌降低了90%以上，D-乳酸合成浓度比K. pneumoniae B-和原始菌分别提高了77.1%和41.4%，发酵罐实验D-乳酸产量68.4g/L，转化率0.78，生产强度1.22g/(L·h)。结果表明，敲除budC及过表达ldhA有利于改善克雷伯肺炎杆菌中D-乳酸的合成。
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  聚硅酸铁镁水处理剂的制备及应用研究

  文彦杰;韩春英;张丽丹*;陈晓盼;田晓薇

  . 2012, 39(4): 90-94.

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  利用复合共聚法制备了聚硅酸铁镁(PSiFM)絮凝剂，采用IR、SEM等手段对PSiFM进行了表征，并研究了该絮凝剂pH、电导率、化学需氧量等随保存时间的变化规律。结果显示PSiFM形成了有利于发挥电中和、吸附网捕等絮凝作用的结构，比未加Mg的聚合硫酸铁(PSiF)絮凝剂有更好的效果。最后采用模拟水样和实际水样分别进行了PSiFM的应用性能研究，结果表明与市售聚合硫酸铁(PFS)絮凝剂相比，PSiFM具有较好的絮凝效果，COD_cr去除率可达80%左右，固体悬浮物去除率可达90%左右。
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  化学氧化修复PAHs污染土壤的性质及毒性变化

  王春艳¹;李晓亮²;董芬¹;魏连爽¹;杨晓进¹;孙长坡³;林爱军¹*

  . 2012, 39(4): 95-100.

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  采用室内模拟实验研究了过氧化氢、类Fenton试剂、活化过硫酸钠对人工模拟菲、芘污染土壤的去除效果，以及处理后土壤中有机质(SOM)含量、过氧化氢酶(CAT)活性及土壤的植物毒性变化。结果表明化学氧化修复能降低多环芳烃（PAHs）污染土壤的植物毒性，减低土壤中的污染物浓度。经活化过硫酸钠处理，黑麦草种子的发芽率由41%提高到93%以上，对菲和芘的降解率均可达97%以上；经类Fenton试剂处理，黑麦草种子的发芽率由41%提高到88%以上，对菲和芘的降解率均可达87%以上；经过氧化氢处理，黑麦草种子的发芽率由41%提高到80%以上，对菲和芘的降解率均可达72%以上。分析原因可能是3种氧化剂处理后土壤中PAHs的浓度显著下降，降低了其毒性。
机电工程和信息科学
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  沸腾液体扩展蒸汽爆炸初期演化过程的数值模拟

  尚拓强¹;陈思凝²;张东胜¹;杨剑锋¹;陈东梁¹*;刘娅³

  . 2012, 39(4): 101-105.

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  对沸腾液体扩展蒸汽爆炸发生初期，容器顶部突然出现开口，压力快速泄放导致容器内介质过热沸腾的过程进行了模拟研究。选取过热水及饱和水蒸气为容器内介质，分析了该过程中气液两相的变化过程。探讨了初始温度（初始压力）、初始充装量及开口大小等因素对前述物理过程及容器内压力、温度的影响。结果表明：容器内过热沸腾的过程中，温度逐渐下降，压力响应会出现两次压力峰和一个压力平台期，两个压力峰值都会随初始温度的增加而增加，压力平台持续时间随初始温度先增大后减小；第一个压力峰值随初始充装量的增加先增大后减小，第二个压力峰值则随初始充装量的增加而增大，压力平台的持续时间和液体充装量成正比关系；开口越大两个压力峰值也越大，压力平台持续时间越短。
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  基于现场可编程逻辑门阵列的超声波管道测厚

  陈忠元1;陈娟1*;邵芬红2

  . 2012, 39(4): 106-110.

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  根据超声波基本原理以及现场可编程逻辑门阵列（FPGA）技术设计了超声波测厚仪及超声波轮式探头，并且实现了基于FPGA的信号处理的软件编程。对管径φ139.7mm，标称壁厚h7.72mm的标准样管的测量实验结果表明：本文所设计的系统可靠性好，抗干扰能力强，测量精度高，测量误差小于0.1mm。
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  耗散粒子动力学平衡并行算法的实现

  赵英;佟林

  . 2012, 39(4): 111-116.

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  提出了一种耗散粒子动力学（DPD）的平衡并行（BPDPD）算法，解决了传统DPD程序计算时间过长的问题。通过动态的划分模拟空间实现了节点间的负载均衡，并且运用子节点数据本地重建机制有效减少了节点通信的数据量。对锚定蛋白质的聚集做了模拟，实验结果显示，该算法有效的减少DPD模拟的时间，并在10节点的集群上得到了6.3的加速比。
管理与数理科学
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  新型4H-SiC肖特基二极管的仿真与分析

  李俊楠;战可涛*

  . 2012, 39(4): 117-121.

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  设计了斜面结构碳化硅肖特基二极管(4H-SiC SBD)并且在器件中加入场环结构，通过基于半导体物理理论的计算机辅助设计软件(Silvaco-TCAD)分析计算了常规结构和新结构SiC-SBD器件的V-I特性、击穿电压、温度热学分布。对比计算结果，可知新结构SiC-SBD器件击穿电压提高至2300V，导通电阻减小，温度热学分布明显优于常规结构SiC-SBD器件。
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  同轴旋转圆台间不可压缩流体的轴对称解

  陈亚洲;王子贤;许兰喜;施小丁*

  . 2012, 39(4): 122-124.

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  研究了在同轴旋转圆台间不可压缩流体的轴对称解，通过构造微分算子和能量估计方法，证明了该问题的轴对称解的存在唯一性。
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  单圈图的点覆盖k-路问题的有效算法

  李玉超;涂建华*

  . 2012, 39(4): 125-127.

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  利用贪婪算法的思想，给出了一个求解树上点覆盖k-路问题的有效算法，并且进一步针对单圈图的点覆盖k-路问题，给出了一个能在多项式时间内完成的有效算法。