2018年, 第45卷, 第2期　刊出日期：2018-03-20

  

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化学与化学工程
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  微生物燃料电池连接方式对产电效率影响的比较

  史雨茹, 冷川江, 常胜, 王晶, 王晓慧

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 1-9. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.001

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  微生物燃料电池是一种新型能源，在处理污水的同时产生电能。然而目前微生物燃料电池产电效率低，无法进行大规模的工业生产，如何提高微生物燃料电池的产电效率已经成为国内外研究的热点。设计了由双室微生物燃料电池构建的电压串联及并联、生物量串联及并联共4组电池实验，对不同连接方式进行比较，燃料电池在不同连接方式下的产电效率以及对污水的处理能力均有所不同。同时也设计了升压电路，保证燃料电池的电压基本维持在680 mV左右。生物实验结果表明，电压串、并联及生物量串、并联都能使燃料电池的工作电压有不同程度的提高；升压，电压串、并联及生物量串、并联能不同程度地提高燃料电池对有机物的降解能力，其中生物量串、并联对提高有机物的降解能力最为显著。
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  电镀法制备Ru/Ni-foam催化剂及其催化硼氢化钠水解产氢性能研究

  马瑜隆, 魏永生, 戴长庆

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 10-15. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.002

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  氢能作为一种高效、环保的可再生能源，具有广阔的应用前景，通过催化剂使硼氢化钠（NaBH₄）水解产氢是一种安全、高效和实用性强的化学产氢技术。以电化学沉积方法制备的Ru/Ni-foam（Ru/NF）作为硼氢化钠水解制氢的催化剂，研究了不同的反应温度、不同的硼氢化钠浓度、不同的反应pH以及催化剂稳定性4种因素对该催化反应的影响规律。结果表明：用电镀方法得到的Ru/NF催化剂在10%（质量分数）NaOH、15% NaBH₄、室温条件下，可以达到1894 mL/（min·g）的产氢速率，具有很好的实际应用前景。
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  基于网络层次分析法的乙炔生产厂应急救援能力评价

  董铭鑫, 贾进章

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 16-22. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.003

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  乙炔生产厂应急救援能力评价指标之间关系复杂，各指标相互影响，使得常规的评价方法难以准确地体现这种错综复杂的关系，无法对乙炔生产厂应急救援能力进行准确的评估。为了提高乙炔生产厂应急救援能力并提供一种更加合理的评价方法，按照事故发生的时间顺序，结合乙炔生产厂应急救援的特点，基于网络层次分析法从事故预防、应急准备、应急响应、灾后恢复4个方面建立了评价指标体系，将复杂问题系统化，解决了各指标下一层内部指标间以及相邻层指标间相互影响的问题，保证了评价的客观性。以某乙炔有限责任公司为例进行计算分析，基于网络层次分析法（ANP）建立了乙炔生产厂应急救援能力评估指标体系模型，运用超级决策（SD）软件和专家打分法实现了对各评价指标的赋权和评分，最终得到该公司的应急救援能力为"良"。依据评价结果，提出通过提高预防事故能力、完善灾后恢复相关工作和增强灾后重建能力来提高该企业应急救援能力的对策。
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  平板式内构件管式换热器传热性能研究

  任国瑜, 刘晓菊, 李晶, 闫龙, 亢玉红, 李健, 初广文, 陈建峰, 谢海燕

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 23-30. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.004

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  实验研究了安装有平板及45°平板扰流内构件的管式换热器传热与压降特性，结果表明：管内插入平板和45°平板扰流内构件时，换热器传热性能和压降特性随扰流内构件组数N和Re的增加而增大；当Re ≥ 2.6×10⁴时，换热器压降增加比较显著；当N>6时，平板内构件换热器传热性能强化稍优于45°平板内构件换热器，但是压降明显较大；两种内构件组数不宜超过9组。在实验研究范围内，平板和45°平板内构件换热器传热性能分别是空管换热器的1.66~3.47倍和1.67~3.38倍，压降分别是空管换热器的6.25~29.57倍和3.61~10.77倍。Re在1.9×10⁴左右时，平板和45°平板综合性能评价因子达到最大，分别约为1.24和1.57，说明45°平板内构件换热器综合性能优于平板内构件换热器。随后进一步采用数值模拟方法对换热器的传热和流动特性进行了模拟，结果表明：有角度平板可以使流场旋转产生二次流动，强化了传热，降低了换热器压降的增幅。因此，将有角度的内构件插入管式换热器中可有效增加换热器的综合传热性能。
材料科学与工程
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  熔体静电纺丝中电极材质和形状对电场和纤维的影响

  杜琳, 张有忱, 丁玉梅, 杨卫民, 谭晶, 李好义

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 31-37. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.005

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  电场强度大小及分布对静电纺丝工艺的成纤形貌和接收面积具有重要影响。采用COMSOL Multiphysics分析软件建立电场分析的有限元模型，分别研究了熔体静电纺丝工艺中接收电极材质和形状对电场分布的影响，结果表明塑料在一定程度上削弱了电场强度，但是增加了电场的均匀度。通过扫描电子显微镜观测了接收电极材质和形状对纤维直径和形貌的影响，发现在不同的接收电极形状中，中空电极内环边缘电荷聚集，纤维摆动路径延长，获得较多的羊毛圈状纤维；对于方格状电极板，由于大方格的孔隙较大，削弱了电场，纤维直径较粗，中方格尺寸相对适中，可能对电场有一定的均化作用，因此降落到中方格电极板上的纤维沉积面积最大。
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  退役硅橡胶复合绝缘子热降解行为的研究

  曹宏伟, 王迪, 郭洺伽, 孙雪纯, 孙堂强, 杜琳娟, 王锋涛, 杜振霞

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 38-42. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.006

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  采用在线热裂解-气质联用（Py-GC-MS）技术对废旧硅橡胶复合绝缘子在不同温度下（300 ℃，400 ℃，500 ℃，600 ℃）的热降解行为进行了研究，并通过质谱中裂解产物的碎片离子信息对其裂解机理进行探究。结果表明：硅橡胶裂解产物为一系列二甲基硅氧烷环体及少量的链状硅氧烷，主要环体为六甲基环三硅氧烷（D₃）、八甲基环四硅氧烷（D₄）及环五硅氧烷直至环九硅氧烷；较高的裂解温度下，大环基本裂解完全，仅剩小环裂解产物。因此用热裂解处理废旧硅橡胶时，温度需要达到500 ℃及以上才会有较好的效果。
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  热塑性聚氨酯熔体粘弹性对发泡的影响研究

  臧萌, 信春玲, 何亚东, 闫宝瑞

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 43-47. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.007

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  采用旋转流变仪和差示扫描量热仪系统测试了3种结构不同热塑性聚氨酯（TPU）的动态流变性能和非等温结晶曲线，并结合间歇发泡实验探讨了TPU熔体粘弹性对发泡倍率和泡孔结构的影响。结果表明：3种TPU均表现出线性分子链特征；具有高的零切黏度及低频区储能模量的TPU表现出更大的熔体强度和更好的熔体弹性，有利于获得发泡倍率高、泡孔均匀的发泡材料。
生物技术与环境工程
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  粘多糖乳化降黏稠油的研究

  王梦, 张鹏, 陈毅明, 张淑荣, 刘长霞, 谭天伟, 王芳, 刘春巧

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 48-53. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.008

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  利用本实验室生产的粘多糖A对辽河重质稠油进行乳化降黏试验，系统考察油水质量比、多糖浓度、乳化温度、乳化转速和乳化时间对稠油乳化降黏的影响。结果表明：将油水质量比6：4，多糖质量浓度150 mg/L的稠油溶液放入温度25 ℃、转速160 r/min的摇床乳化6 h，稠油黏度由87000 mPa·s降至310 mPa·s，降黏率达到99.6%。此外，通过对乳化降黏后稠油破乳处理研究发现，稠油在室温静置24 h后即可实现油水分离，且破乳后的多糖水溶液可以重复使用2批次，显著降低了多糖乳化剂及后续稠油脱出水处理成本。因此，该粘多糖A可广泛应用于稠油乳化降黏开采和输送领域。
机电工程和信息科学
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  考虑声固耦合作用的光面胎滚动数值模拟

  丁凤龙, 张莉彦, 杨卫民, 安瑛, 谭晶

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 54-60. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.009

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  利用ABAQUS软件建立了考虑声固耦合作用的光面胎滚动有限元模型，并对其进行滚动工况下Mises应力、接地性能以及振动模态等力学性能分析。从动力学分析结果中提取光面胎结构有限元模型的表面振动加速度，导入LMS Virtual.Lab Acoustics软件，采用声学边界元法分析光面胎滚动噪声；探讨了接地印痕、载荷、胎压和下沉量之间的关系，并对近场噪声仿真值与实验测量值进行了比较。研究结果表明：考虑声固耦合作用的光面胎Mises应力、接地压力、接地印痕呈对称分布，接触印痕、载荷、胎压随下沉量的增加而增大；考虑声固耦合的光面胎滚动噪声主要分布于50~375 Hz低频段，且内胎气体在滚动工况下产生了稳定声压（8 dB（A））。
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  透平叶片振动激励系统设计与建模仿真

  节凤丽, 王维民, 邵星, 屈维, 张旭龙

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 61-66. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.010

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  为了监测预警叶片失稳颤振，防止因叶片颤振导致的事故发生，研究并设计出基于电磁激振力的叶片失稳颤振现象模拟装置。运用ANSYS进行电磁场分析，并以得到的最大电磁激振力为优化目标对该结构进行优化；然后通过分析叶片经过单组磁极时的激振力变化过程，对叶片进行模态和谐响应分析模拟。研究结果表明，本文所设计的激励装置可以控制产生不同的电磁激振力，从而能较好地模拟叶片的失稳颤振过程。
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  随钻扩眼器球座的周边流场分析及参数优化

  邓宇丰, 刘嘉玮, 张辉, 张杨

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 67-70. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.011

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  采用Fluent软件对随钻扩眼器控制短节中球座周边流场进行流场仿真，并通过速度流场的分析以及优化前后速度的对比，对扩眼器流道结构进行优化。仿真结果表明，通过采用优化后的球座结构以及球座外滑套结构，能够有效减小流体对球座和球座外滑套内壁的冲蚀，平缓流场。研究结果可为工程上流道结构设计提供一种新的优化思路。
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  基于无字典模型的红外与可见光图像融合分类

  张秋实, 李伟, 李禄, 张帆, 郎海涛

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 71-76. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.012

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  针对传统图像分类识别方法采用单一传感器获得图像存在的局限和不足，提出了一种基于红外和可见光融合的分类算法。首先分别对红外图像和可见光图像提取密集型尺度不变特征变换（D-SIFT），然后采用无字典模型（CLM）变换，并利用空间金字塔匹配（SPM）进行精细划分，最后用混合核支持向量机（SVM-CK）方式将红外和可见光在特征级融合并分类。在VAIS和RGB-NIR两个数据库上对该方法进行验证，融合后分类精度分别比单一图像源均有较大提高；与BoVW方法比较，精度分别提高了4.7%和12.1%。证明多数据源融合的方法综合了红外和可见光各自成像的优势，使获得的特征信息更完善，分类效果显著高于单一数据源的分类结果。
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  一种基于证据融合的故障诊断方法

  杨跃翔, 崔清德, 赵庆亮

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 77-81. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.013

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  结合故障诊断工作的实际场景，通过计算故障信息观测值与参考值之间的差异，生成对应的故障信度分配函数。然后基于证据分类的思想，将故障证据分为可信证据和冲突证据，并定义每个证据的可信度。最后，利用证据可信度修正最初的信度分配，再利用证据融合公式得到综合的故障诊断结果。电机转子故障诊断的实例表明本文提出的方法能够准确快速地识别产品故障，基于证据分类的修正方法能够加速故障信度分配的收敛。
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  基于偏好的多目标粒子群优化的结晶器预测控制

  戴永彬, 吕旭

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 82-88. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.014

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  针对结晶器出口温度和液位控制问题，提出了一种基于改进的偏好多目标粒子群优化的非线性预测控制算法（IMPSO-NPC）。改进的偏好多目标粒子群优化算法（IP-MPSO）将参考点偏好算法和参考区域偏好算法融合在一起，在参考点和参考区移动过程中动态调整参考区，控制解集的偏好范围。另外，为了选取粒子群全局最优粒子，提出一种球扇占优的策略，提高了粒子群的搜索能力。将改进算法应用于结晶器的控制过程，仿真结果证明了其有效性和可行性。
管理与数理科学
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  黑龙江省一次能源消费总量和消费结构预测研究

  任继勤, 武佳华, 夏景阳, 殷悦, 周昭

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 89-94. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.015

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  以黑龙江省一次能源为研究对象，选取其1995~2014年一次能源消费的历史数据，构建了改进的BP神经网络模型来预测黑龙江省2015~2020年一次能源的消费总量；重构马尔科夫模型，预测黑龙江省2015~2020年一次能源的消费结构。结果表明：构建的模型模拟预测结果误差小，预测准确度良好。2015~2020年黑龙江省一次能源消费总量基本稳定在9200万吨标准煤；能源消费结构中煤炭、石油和天然气的份额均有所降低，清洁能源占比呈增长趋势；到2020年，一次能源消费结构中煤炭占比仍高达65.39%，清洁能源占比仍处于弱势。建议：降低一次能源的消费总量，尤其是煤炭和石油在一次能源消费中的占比；合理调整一次能源的消费结构，降低煤炭在能源消费结构中的占比；政府出台相关政策，引导消费理念，优先使用清洁能源。
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  公共情绪、做市商过度自信与市场均衡定价分析

  田丽, 张强, 曾庆铎, 刘善存

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 95-99. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.016

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  基于公共情绪的市场环境探究了做市商对公共情绪的过度自信行为，并分析了这种行为对价格的信息含量、市场流动性以及资本成本的影响过程。研究结果表明：做市商对公共情绪的过度自信程度越高，则市场流动性越大，资本成本越低，进而使价格对基本面的反应强度增大、对情绪的反应强度减小；在做市商的环境中，过度自信对价格的信息含量不产生影响，故知情交易者在信息获取时不受做市商非理性行为的影响。
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  纵向数据下广义线性模型的稳健二次推断函数估计

  关晓妮, 黄彬

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 100-104. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.017

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  针对纵向数据下的广义线性模型，为了有效控制离群点对估计的影响以及进一步提高估计的效率，利用二次推断函数（QIF）改进加权的指数得分函数，得到了模型参数有效且稳健的二次推断函数估计（ERQIF），并证明了在一定条件下所得估计的相合性和渐近正态性。数值计算结果进一步表明，当离群点存在或工作相关矩阵被错误指定时，所得估计有稳健的模拟结果。
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  基于MRA的流形小波双框架刻画

  吴巧云, 刘佳乐, 崔丽鸿

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(2): 105-108. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.02.018

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  研究了光滑紧致黎曼流形多尺度表示系统——小波双框架的构造和刻画。具体地，给定经典小波框架生成集和流形正交基，实现了流形平方可积空间中一列框架小波系统对双框架性质的刻画。