2016年, 第43卷, 第5期　刊出日期：2016-09-20

  

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化学与化学工程
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  热碱预处理对玉米秸秆厌氧消化的影响

  李琳，张继宇，何艳峰，黄燕，陈畅，刘广青*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 1-7. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.001

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  在55℃下利用氢氧化钙和氢氧化钾对玉米秸秆进行预处理，考察氢氧化钾和氢氧化钙两种热碱预处理对玉米秸秆中温厌氧消化的影响。结果表明，相同浓度的碱用量下，KOH预处理后厌氧消化产气效果明显优于Ca(OH)₂ 预处理。0.5%KOH和2.0%Ca(OH)₂耦合的预处理效果与1.5% KOH以及1.5%Ca(OH)₂单独预处理效果相当，累积单位挥发性固体（VS）甲烷产量为247.3mL/g，相比于未预处理组甲烷产量提高了58.7%，说明可以用2.0%Ca(OH)₂代替1.0% KOH。从成本节约的角度，1.5% Ca(OH)₂为最佳的热碱预处理条件，累积单位VS甲烷产量为242.2mL/g，比未预处理效果提高了55.4%。
  
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  超重力反溶剂沉淀法制备阿霉素纳米药物及其性能研究

  董振锋，刘雪丹，张建军*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 8-13. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.002

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  通过超重力反溶剂沉淀法制备了阿霉素纳米药物颗粒,考察了不同转子转速和溶剂-反溶剂流量比对阿霉素纳米药物颗粒的形貌和粒径的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)和动态光散射(DLS)对纳米药物颗粒的形貌和平均粒径进行了表征，研究结果表明：当超重力转子转速为2180r/min，溶剂和反溶剂的流量比为1∶15时，制备的阿霉素纳米药物颗粒平均粒径较小，水相稳定性优良。利用紫外分光光度计（UV）对阿霉素纳米药物颗粒的体外溶出速率进行了表征，与阿霉素原料药相比，本文制备的阿霉素纳米药物的溶出速率提高了近4倍左右。
  
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  moCNTs/PyPBI/Mela(Co)电催化剂的制备及性能研究

  于书平，梁新凯，朱红，杨文胜，韩克飞，汪中明*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 14-21. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.003

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  采用溶液共混和高温热解两步法，以聚苯并咪唑（PyPBI）和三聚氰胺(Mela)为复合氮源，中度氧化的碳纳米管(moCNTs)为碳源，醋酸钴为金属源，制备出一系列moCNTs/PyPBI/Mela(Co)催化剂，对其进行TEM、TGA、XRD、XPS表征和电化学活性测试，结果表明：当moCNTs/PyPBI(Co)前驱体与三聚氰胺的质量比为1∶2，热解温度为800℃时，催化剂的起始还原电位可达到0.87V(vs.RHE)，接近于商业Pt 20%/C催化剂。moCNTs/PyPBI/Mela(Co)催化剂催化性能的提高归因于其结构中的吡啶氮与钴结合形成Co-N活性位点，增加对O₂的吸附能力，弱化了O—O键，促进氧分子的还原反应，促使ORR反应通过4e^-途径进行。
  
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  基于数值模拟的液滴式微混合器性能研究

  张宇姣，董力群，张亚军，庄俭*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 22-26. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.004

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  基于有限体积法，建立了直通道、V形通道和U形通道3种不同结构的液滴式微混合器模型，并采用流体体积函数（VOF）和用户自定义标量方程（UDS）模型模拟微混合器的混合过程。模拟结果表明，在经过10ms混合之后V形微通道的混合效果最好，混合度高达99.5%，但其单位长度消耗的能量最多；U形和V形微混合器均利用弯道对液滴内部造成扰动，从而促进混合并且明显提升了混合效率；直通道微混合器仅靠扩散作用进行混合，混合效率低。
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  管内窄边扭旋元件诱导螺旋流的旋流强度分析

  王宗勇，南超，陈科昊，王立鹏

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 27-33. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.005

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  为了研究螺旋流在形成、发展及衰减过程中旋流强度的变化规律，采用数值模拟方法对管内置窄边扭旋元件诱导产生的螺旋流进行分析，得到了雷诺数和元件扭率对旋流强度的影响规律。结果表明：流体进入扭旋元件后，在元件两侧形成两个与主螺旋流旋向相反的二次涡流；流体流出扭旋元件后，旋流螺距经历一个由大变小，再由小变大的过程；在螺旋流形成发展阶段，雷诺数对旋流强度影响较小，旋流强度随着元件扭率的增大而迅速提高，由于惯性作用旋流强度在元件出口1/6元件长度处达到最大，该位置与雷诺数和元件扭率无关；整个螺旋流发展阶段旋流强度呈现一种指数变化规律；流体流过旋流强度最大截面后，由于流体粘滞力大于惯性力，旋流强度以近似线性的规律衰减，雷诺数越大衰减速度越慢，扭率对旋流衰减速度影响较小。
  
材料科学与工程
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  原位悬浮聚合制备聚苯乙烯/炭黑复合微球

  宁天明, 姚明*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 34-38. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.006

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  以磷酸三钙（TCP）和聚乙烯醇（PVA）为分散剂，过氧化苯甲酰（BPO）为引发剂，二乙烯基苯（DVB）为交联剂，对炭黑与苯乙烯进行原位悬浮聚合，制备了聚苯乙烯/炭黑复合粒子。探讨了分散速度和分散时间对炭黑在苯乙烯中均匀分散的影响，研究了反应过程中温度的控制、分散剂的用量对聚合的影响。实验结果表明：利用高速分散机分散，分散速度越大，所需分散时间越短；当选用有机-无机复合分散剂磷酸三钙（TCP）和聚乙烯醇（PVA），质量比为2：1，分段反应升温，先在 75 ℃下反应1.5 h，然后缓慢升温至85 ℃反应4 h，最后在95 ℃下反应0.5 h，可以得到成球率100%、粒径较为理想的黑色有光泽的聚苯乙烯/炭黑复合微球。DSC测试结果表明，在加入炭黑后聚合物的玻璃化转变温度（T_g）提高10 ℃左右，但炭黑用量（质量分数）从0.1%增加到0.5%时，聚合物T_g并不随炭黑用量的增加而增加。
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  PVA/PES复合膜的制备及其渗透汽化脱盐性能研究

  徐小颖，曹兵，李培*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 39-44. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.007

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  以聚醚砜(PES)超滤膜为基底，戊二醛为表面粘合剂，将由4-磺基邻苯二甲酸（SPTA）交联得到的聚乙烯醇(PVA)涂覆到PES表面得到了磺化PVA/PES复合膜。利用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、热失重分析仪（TGA）表征不同交联剂含量PVA膜的交联程度以及热稳定性，通过电子扫描显微镜（SEM）对复合膜的形貌进行表征。研究了交联剂含量对PVA/PES复合膜渗透汽化脱盐性能的影响，结果表明：随着交联剂含量的增加，致密膜的溶胀度先减小后增加，而水接触角先增加后减小；当交联度为15%时，复合膜的渗透汽化性能最优；性能最优复合膜的纯水通量在70 ℃时达到24.32 L/(m²·h)，在处理质量分数为3.5% NaCl水溶液时的水通量达到13.27 L/(m²·h)，对盐的截留率高达99.88%。
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  4, 4′-二苯甲烷二异氰酸酯改性聚碳酸亚丙酯流变及发泡性能的研究

  汪扬烨, 何亚东*, 信春玲, 杨兆平, 黄强强

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 45-50. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.008

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  采用4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）对聚碳酸亚丙酯（PPC）进行扩链改性，并用旋转流变仪表征改性PPC流变性能，采用间歇发泡装置对改性PPC进行发泡实验，研究温度及MDI含量对PPC发泡性能的影响。结果表明：MDI的加入有效提高了PPC的储能模量和复数黏度；随着发泡温度的升高，PPC的发泡倍率先增大后减小；70 ℃以下，随着MDI含量增加，泡孔平均直径减小，泡孔密度增大，发泡倍率降低；当MDI添加量达到0.7份时，发泡温区上限可以提高10 ℃左右，同时MDI的添加可以使PPC的收缩现象得到部分改善。
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  微纳层叠共挤碳纳米管填充高抗冲聚苯乙烯/高抗冲聚苯乙烯(CNTs+HIPS/HIPS)交替层状复合材料的介电性能

  戴坤添, 安瑛, 王玮鹭, 李莉, 杨卫民, 焦志伟*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 51-56. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.009

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  利用自制的微纳层叠共挤出装置制备了2、8、32、128层的碳纳米管填充高抗冲聚苯乙烯/高抗冲聚苯乙烯（CNTs+HIPS/HIPS）交替层状复合材料，复合材料体系中CNTs+HIPS层碳纳米管的质量分数分为6%、10%两种，微层理论厚度分别为1 mm、250 μm、62.5 μm、15.6 μm。采用数码电子显微镜对复合材料的微层界面进行了分析，并测试了复合材料的导电和介电性能。结果表明：微层实际厚度与理论厚度较为一致；CNTs+HIPS/HIPS交替层状复合材料在挤出方向与厚度方向上的电阻率呈现了明显的各向异性，挤出方向上表现为高导电的特性，而厚度方向上表现为绝缘的特性；层间界面数量的增多增强了界面极化效应，极大地提高了复合材料的介电常数，且表现出较好的频率独立性，同时在低频（<10⁴ Hz）下保持了低介电损耗。
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  晶粒晶界对铝合金耐蚀性能的影响

  刘振云1, 赵明1*, 王学良1, 李建国2

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 57-62. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.010

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  通过电子背散射衍射（EBSD）对微合金化的铝合金A356的晶粒尺寸、晶界类型、晶界特性进行了研究，探究微合金化后晶粒尺寸和晶界特性对铝合金耐蚀性能的影响机制。研究结果表明：随着元素比例的变化，晶粒的尺寸、晶界中特殊晶界特征和比例以及晶界的取向差角都发生了明显改变；当元素比例达到La质量分数0.15%、Y质量分数0.2%时，晶粒细化最为明显，Σ3晶界所占比例最高，小角度晶界所占比例明显提高，耐腐蚀性显著增强。
生物技术与环境工程
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  木糖氧化无色杆菌P1对芘降解的研究及其在两相分配生物反应系统中的应用

  田雪1,范鹏浩1,邹鹏1,李强1,赵越2,林爱军1*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 63-68. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.011

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  采用富集培养技术筛选芘降解微生物，得到一株纯培养条件下可以有效降解芘的细菌，命名为P1，经鉴定为木糖氧化无色杆菌（Achromobacter xylosoxidans）。研究了培养条件对P1降解的影响，在此基础上考察了其在两相分配生物反应系统中对芘的降解。研究结果表明：菌株P1可以有效降解培养体系中的芘，在芘的初始质量浓度为100 mg/L，pH为7，温度为30 ℃时，对芘的降解效果最好；在两相分配生物反应系统中菌株P1对芘的降解速率大于单相反应系统，且降解率受到非水相类型和芘初始浓度的影响，其中以十一醇为有机相的双相反应系统较十二烷和硅油更能促进生物降解，5 d内降解率为78.8%。
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  ZnS量子点荧光分光光度法检测牛血清白蛋白含量的研究

  纪圆圆1,2,高华峰2,董玲玉2,刘长霞2*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 69-73. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.012

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  通过水热法合成水溶性ZnS量子点(QDs)，透射电子显微镜和X-粉末衍射仪检测的结果显示其粒径在 6~8 nm。荧光分析表明该量子点有良好的荧光稳定性。牛血清白蛋白（BSA）可以增强ZnS QDs的荧光强度，在一定浓度范围内ZnS QDs的荧光增强与BSA的浓度呈正相关，通过不同浓度BSA影响ZnS QDs荧光强度的变化，实现BSA含量的检测。通过检测条件优化，蛋白浓度在 0~160 mg/L条件下荧光强度与BSA浓度之间良好的线性关系，线性方程为 y=45.7685x+351.70，相关系数 R2=0.9986，验证试验表明荧光光度法测定BSA具有一定的可重复性与准确度，对蛋白含量的快速检测有潜在的应用价值。

机电工程和信息科学
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  基于非参数回归的发酵过程软测量建模

  高宇,王建林*,于涛,赵利强

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 74-78. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.013

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  为了对发酵过程进行检测并分析发酵中产物的浓度，提出一种基于非参数回归的发酵过程软测量方法。该方法直接利用未经处理过的历史数据，采用多维窗宽选择方法确定窗宽，通过计算待估计点与历史数据库中其他时刻点数据的距离来确定该时刻点的权值，从而达到软测量建模的目的，并将其用于青霉素发酵过程产物浓度的测量。实验研究表明，所得软测量模型精度较高，能够有效地实现对青霉素发酵产物浓度的估计。
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  基于LDA的中文词语相似度计算

  吕亚伟，李芳*，戴龙龙

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 79-83. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.014

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  针对基于语料库统计的词语相似度计算方法存在的一些缺陷，如：计算量大、向量的特征维度高、特征稀疏、忽略了词语的语义信息等，提出了一种基于latent Dirichlet allocation（LDA）的词语相似度计算方法，通过将词语的特征向量映射为词语的主题分布来计算词语间的相似度；通过与基于《知网》的词语相似度计算方法的对比，证明了该方法能有效降低特征维度，并具有较好的词语相似度计算效果。

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  光纤水听器测量聚焦换能器声压和温度分布

  赵小策1，杨平2，祝海江1*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 84-88. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.015

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  为了解决人体中高强度聚焦超声(HIFU)焦点处的温度场分布检测的难题，给出了从声压分布入手探测温度场分布问题的新方法。通过搭建光纤水听器自动扫描系统，利用光纤水听器同时测量仿组织材料（TMM）样本中焦斑区域的声场和温度的分布，探究声压和温度在人体组织中的分布关系。通过实验得出，声压最大处和温度场最高处坐标同为(0 mm,0 mm)；-3 dB和-6 dB声束宽度：声压为2.4 mm、3.22 mm，温度为2.44 mm、2.98 mm。实验结果表明，声压和温度的最大值高度重合；仿组织材料样本中超声焦点处的横切面温度分布要比声压分布陡峭，即相比声压分布，温度场的能量分布更加集中，焦点半径更小。
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  基于矩阵的关联规则增量更新及其改进算法

  耿志强，张杨，韩永明*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 89-94. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.05.016

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  为了解决大数据环境下如何高效地挖掘关联规则并进行增量更新，在原有的fast updating pruning（FUP）算法基础上，首先提出一种基于矩阵的关联规则增量更新方法（MFUP），该方法将数据集转化成布尔矩阵，减少对数据集的扫描次数以及数据集的存储量；然后将MFUP与Hadoop分布式计算框架结合，提出一种分布式环境下的新算法Cloud MFUP（CMFUP）；最后通过设计实验进行对比分析。结果表明，在挖掘相同数据量的关联规则并进行增量更新时，MFUP算法相比FUP算法执行时间更少，且随着数据集的增加，其增速更慢；对比CMFUP与MRFUP算法表明，随着分布式环境下数据集的增加，前者较后者执行时间更短增速更慢。
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  基于离子选择电极的氯离子浓度检测的研究

  陈吉勇，陈娟*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 95-100. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 05. 017

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  搭建了一套基于离子选择电极和STM32 单片机(MCU)的水中氯离子浓度检测系统。为提高系统检测精度,减小由于被测溶液温度变化造成的测量误差,采用了温度补偿的方法,通过公式推导,得到了带温度补偿的氯离子浓度计算公式;对检测系统的软硬件进行了设计与实现,并对检测系统进行了标定实验,得到了标定曲线,曲线响应系数达到了99.71%,检测系统在 10 -5 ~10 -1mol/ L 氯离子浓度范围内具有良好的线性度。最后通过实验证明了氯离子浓度检测过程中温度补偿的必要性,并验证了所推导温度补偿计算公式的有效性。
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  一种基于C4.5 算法的广告数据包分类方法

  李辉1,刘昊泽1,牛怿2*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 101-106. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 05. 018

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  针对网页广告中存在的安全问题,提出了一种基于C4.5 算法的广告数据包分类方法。通过对用户访问网页时产生的数据包进行收集,从中提取有用信息来构建分类模型实现广告数据包的分类。在对数据包进行处理时根据数据包中包含的信息生成网络关系图,之后在对关系图进行分析时将图论中的量作为属性选取的依据。本方
  法将数据包的时间属性作为分类的主要属性之一,针对时间属性的处理方法提出了新定义。实验结果表明,本文提出的分类方法能够快速构建具有较高的分类准确率的分类模型,研究结果可为类似问题的研究提供参考借鉴。
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  波纹管膨胀节性能试验驱动连接装置的设计

  张丹丹,刘英*,杨雨图,李宇廷

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 107-112. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 05. 019

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  针对现有的波纹管膨胀节性能试验驱动连接装置只能满足单个且单一内径膨胀节试样的试验要求,结合机电一体化技术,提出了一种满足不同内径的复式波纹管膨胀节试样的试验驱动连接装置的设计方案与工作原理,主要包括架体、翻转机构、压紧机构、导向机构、连接法兰机构以及驱动机构。驱动连接装置实现复式波纹管膨胀节中间法兰的装夹,与试验驱动与加载机构固定连接,加载实现试样的往复运动,满足《压力管道元件型式试验规则》的试验要求。驱动机构采用西门子S7-200PLC 可编程控制,操作方便、快捷,自动化程度高,安全性能好。
管理与数理科学
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  圆极化电磁波加速电子机制的研究

  孟建勋.王志国,林承友,陈朝阳*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 113-117. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 05. 020

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  鉴于电磁波加速带电粒子能够满足低能粒子加速器设计紧凑、低能高效的要求,为提高带电粒子的加速效率,在现有的两种加速机制(介质折射率逐渐减小且外加磁场保持恒定以及外加磁场逐渐增强且介质折射率保持不变)基础上提出一种新的加速机制,即在折射率递减的介质中,电子在圆极化电磁波(CPEMW)和外加梯度磁场共同作用下加速。对3 种加速机制的加速效果进行比较,结果表明:新机制的加速效果明显优于现有两种加速机制单独作用时;新加速机制能够有效避免在加速过程中电子的回飞问题。
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  螺槽区域上偏微分方程模型的几何变换算法

  王国娟,黄晋阳*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 118-122. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 05. 021

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  根据螺槽是一族螺线的集合特点,先建立螺旋直角坐标系,并证明了等截面螺槽区域在螺旋直角坐标系下为柱体区域;再利用数值保角变换,将柱体区域变为长方体区域,使得此类求解区域上的偏微分方程(PDE)模型在区域几何变换后易于数值求解;最后对一个矩形螺槽上的三维Poisson 方程边值问题进行了数值计算。结果表明,
  此算法有效且易用,为研究单螺杆挤出机中三维流体流动提供了易用可行的基础数值方法。
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  类表面等离激元在速度匹配下加速带电粒子

  赵鑫,王志国,孟建勋,陈朝阳*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(5): 123-127. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 05. 022

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  提出了一种利用类表面等离激元(SSP)来加速电子的新机制。通过把金属表面设计成梯度型凹槽结构,SSP 和电子可以同时获得沿表面方向的加速,这种结构可以提高SSP 和电子的相互作用的效率和距离。数值模拟结果显示,通过控制凹槽结构来实现类SSP 相速度与电子速度近似匹配(QVM)时,电子的加速效果最好,当电子沿
  纵向运动0郾055 m 后,其相对论因子会超过21。