2019年, 第46卷, 第4期　刊出日期：2019-07-20

  

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化学与化学工程
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  电解法处理罗丹明B生产废水的工艺及机制研究

  王梦芸, 黄亚宁, 赵圣豪, 肖宁

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 1-7. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.001

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  随着染料工业的不断发展，其生产过程中产生的废水已成为主要的工业水体污染源。采用电解法处理罗丹明B生产废水，首先研究了极板材料和电流密度对废水处理效果的影响，结果表明：分别以镍板和RuO₂-IrO₂-TiO₂/Ti钛网为阴、阳极，控制极间距3 cm，电流密度2.0 A/dm²，电解时间40 min，废水COD去除率可达44.3%，脱色率高达94.7%。然后通过H型电解槽实验和红外光谱对电解法处理罗丹明B生产废水的机制进行了探究，初步推断：阳极表面生成的氯气溶于水生成次氯酸，次氯酸氧化破坏废水中有机物分子的发色基团并促使其发生分解，生成的小分子有机物由于水溶性较差，被阳极表面生成的氯气以及阴极表面生成的氢气浮选出来，从而最终实现废水COD的降解和色度的去除。
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  再生水脱氮工艺中碳源投加的优化研究

  潘萌, 姚大伟, 陈畅

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 8-13. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.002

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  对某再生水厂两级生物滤池脱氮工艺的甲醇投加量进行优化，在2年的实际监测数据基础上，采用线性分析拟合得到甲醇投加量与进/出水总氮质量浓度、水处理量、日均温度等因素的相关方程，为一线工人确定精准投加甲醇量提供了便捷的操作指导。实际运行1年后，出水指标全部合格，甲醇-总氮去除比达4.16。采用以上优化措施降低了脱氮过程中甲醇的投用量，节约了甲醇投用成本。
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  液滴撞击固体表面过程的实验研究

  陈烽, 王登飞, 蔡子琦, 高正明, 刘新卫

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 14-23. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.003

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  对液滴撞击固体表面的过程进行实验研究，考察液滴的物性和操作条件对撞击过程的影响，结果表明：随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的增大、或撞击速度的减小，液滴的铺展直径、铺展速度和铺展面积均减小；液滴的能量在黏性中的耗散主要发生在撞击的初始阶段，随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的减小、或撞击速度的增大，黏性耗散的速率均增加。本文得到的关于液滴雷诺数和韦伯数的关联式可用于预测液滴的最大铺展直径和最大铺展面积。
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  固液搅拌槽内桨叶启动过程中的两相流动特性

  付超, 刘新卫, 李庚鸿, 李志鹏, 高正明

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 24-30. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.004

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  将折射率匹配技术与粒子图像测速技术结合，测量了固液搅拌槽内桨叶启动过程中的两相流动特性。实验所用搅拌槽为平底方槽，搅拌桨为45°四斜叶桨，桨叶搅拌雷诺数389~2 332，固体颗粒的最大体积分数15%。实验考察了桨叶操作方式、搅拌转速和固含率对搅拌槽内瞬态颗粒分布和颗粒床层处瞬时流场的影响规律，结果表明：相同转速下桨叶为上提操作时流体对颗粒床层的侵蚀作用强于下压操作，颗粒开始悬浮的时间早，但悬浮高度较低；随着搅拌转速的增加，流体对颗粒床层的侵蚀作用增强，体系达到稳态后搅拌槽内颗粒云的均一度和高度也出现上升趋势；固含率从5%增加至15%时，搅拌槽内悬浮起的颗粒数量增加；流体侵蚀颗粒床层的临界速度范围在0.1~0.25 m/s。
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  过渡流搅拌槽内单颗粒悬浮特性的实验研究

  张昆, 王瀚彬, 刘新卫, 王超, 李志鹏, 高正明

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 31-37. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.005

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  利用高速摄像技术对过渡流搅拌槽内单颗粒的运动特性进行捕捉，分析了搅拌雷诺数及桨叶离底高度对颗粒悬浮运动的影响规律，并使用二维粒子图像测速技术得到搅拌槽内的流场信息。研究结果表明：颗粒的临界悬浮转速随桨叶离底高度的降低而降低；桨叶离底高度对颗粒在槽底的运动影响较大；颗粒在垂直离底悬浮后，于桨盘下方附近螺旋上升或作持续的螺旋状圆周运动；搅拌雷诺数升高对颗粒垂直上升的最大高度和最大速度影响较小，但会减小垂直上升过程中桨盘的转动圈数；颗粒螺旋上升是由于轴向流场在颗粒停滞位置向两侧产生了分叉；颗粒的悬浮主要是由流体的主体流动引起的。
材料科学与工程
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  NiCo-MOF-74的制备及其电催化氧气析出性能

  张明, 银凤翔, 何小波, 李国儒

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 38-45. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.006

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  采用简单的一步水热法制备了不同Ni、Co物质的量比的双金属NiCo-MOF-74催化剂，利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和N₂吸/脱附法（BET）对催化剂进行了结构表征，并且在1 mol/L KOH电解液中通过线性伏安法评价了催化剂的氧气析出反应（OER）催化性能。结果表明：所制备的催化剂中含有C、O、Co、Ni 4种元素，并且具有棒状多面体结构和较高的结晶度；当Ni含量较低时，催化剂具有较好的OER催化活性；当Ni的摩尔分数超过10%时，催化剂的OER催化性能随着Ni含量的增加而下降。通过调节原料中Ni、Co的物质的量比，制得的Ni0.5Co9.5-MOF-74样品具有最好的OER催化性能，其在电流密度为10 mA/cm²时的过电压仅为352 mV，在相同测试条件下稳定性优于RuO₂。
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  AZ91D镁合金表面双层硅烷膜的制备及其性能研究

  赵志杰, 赵景茂

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 46-53. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.007

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  采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）和双-1，2-[γ-三乙氧基硅丙基]-四硫化物（BTESPT）两种硅烷在AZ91D镁合金表面制备双层硅烷膜，通过正交试验选出了最佳制备工艺，即在KH-550硅烷中浸泡90 s，在BTESPT硅烷中浸泡5 min，再于80℃下固化90 min，得到550+BTESPT双层硅烷膜试样。通过接触角测试仪和动电位极化技术对试样进行润湿性和耐蚀性测试，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析仪（EDS）对硅烷膜进行微观形貌和成分表征，通过X射线光电子能谱（XPS）对膜层元素的存在形式进行分析，结果表明：550+BTESPT双层硅烷膜表面接触角107.3°，表现为疏水性；在3.5%的NaCl溶液中，腐蚀电流密度为0.169 μA/cm²；硅烷膜表面形貌致密，主要有Mg、O、Si、S 4种元素组成；膜层中元素主要以Si-O-Si，Si-O-Mg，Si-O-X 3种形式存在。
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  真空低温下卫星常用材料接触热阻的试验研究

  孙丽莹, 孟春玲, 王静, 张刚

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 54-57. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.008

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  真空、低温环境下接触热阻的准确测量对于卫星内部热控制具有重要的实际意义。自行搭建了一套优化的基于稳态法测量接触热阻的试验平台，用于在真空、低温环境下测量由螺栓压紧的材料间的接触热阻。测量了卫星中常用接触对（铝合金-铝合金、铝合金-玻璃钢、铝合金-聚酰亚胺）在不同温度、不同预紧力矩下的接触热阻，研究了预紧力矩、温度、材料对接触热阻的影响，结果表明：玻璃钢与聚酰亚胺的隔热性能优于铝合金；3种接触对的接触热阻均随温度升高而减小，随螺栓预紧力矩的增大而减小。
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  双层吸波蜂窝复合材料结构优化设计

  孙鹏程, 王良模, 王陶, 黄健, 沙小伟, 陈威

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 58-64. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.009

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  为探究不同吸波特性材料之间的组合规律，以在更宽频段范围内达到最佳雷达波吸收效果，选用两种不同吸波剂浸渍的纸蜂窝结构型吸波材料板（分别命名为FW10和FW20），以石英纤维板为外侧蒙皮，制备出一种具有较好雷达波吸收能力的复合板件，该板件可与常规壁板结合使用。采用时域有限差分法计算不同材料厚度组合下的材料雷达散射截面（RCS）值和反射率，并采用正交设计法对最优厚度组合进行进一步的探究，结果表明：复合结构的吸波效果与各层材料组合及其厚度分布有关，所得最优复合板件厚度组合方案从外向内依次为1 mm石英纤维板，15 mm FW10和15 mm FW20。最优方案复合板件在0~18 GHz频段范围内反射率低于-10 dB的吸收频段宽度为13.1 GHz，最大吸收峰可达-29.5 dB。最后进行实物测试，验证了仿真分析的有效性。
机电工程和信息科学
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  两跨四支撑轴系转子低速动平衡实验研究

  李志炜, 何立东, 张力豪, 张俎琛, 万方腾

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 65-71. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.010

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  针对两跨四支撑汽轮机组、压缩机组等轴系中各跨转子动平衡合格，但安装试车后仍发生轴系不平衡振动故障的问题，研究各跨转子残余不平衡量耦联效应对轴系转子振动特性的影响。搭建了两跨四支撑（2N支撑）轴系实验台，模拟开机启动过程，实验对比了针对轴系转子系统的两种低速动平衡方式。实验结果表明，对两跨四支撑转子整体进行组合的低速动平衡效果优于对转子1、2单独进行低速动平衡。
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  基于动力学仿真的柴油机轴系不对中故障探究

  任中睿, 戴方正, 江志农, 张进杰, 茆志伟

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 72-79. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.011

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  针对柴油机轴系齿式联轴器不对中故障，首先建立齿式联轴器轴向摩擦力数学模型，分析不对中产生的轴向摩擦力特点，然后构建包括齿式联轴器在内的轴系动力学仿真模型，探究齿式联轴器不对中故障下曲轴的动力学行为规律，分析曲轴推力轴承及齿轮的受力变化。仿真结果表明：不对中的齿式联轴器外齿元件会对内齿套产生轴向摩擦力，由此影响曲轴轴向窜动，进而导致曲轴止推轴承和正时齿轮轮齿接触力发生改变。通过实际故障案例验证了仿真结果的正确性。本文结论可为柴油机轴系故障的排查和诊断提供机理依据。
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  基于无线温度监测的内燃机连杆轴瓦故障诊断技术研究

  高志龙, 霍柏琦, 童一峻, 江志农

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 80-85. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.012

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  针对内燃机连杆轴瓦故障频发且监测手段有限的技术难点，提出了基于无线温度监测的连杆轴瓦磨损类故障诊断方法。通过分析连杆轴瓦与轴径相对运动时的摩擦力学关系，在考虑润滑的前提下推导出轴瓦温升计算方程，作为基于温度监测的轴瓦故障诊断方法的理论依据；以TBD234V12型柴油机为对象，搭建连杆轴瓦故障模拟实验台模拟轴瓦磨损故障，并配置无线测温系统捕捉异常温度信号，对比正常情况下的温度信号可知，磨损的连杆轴瓦表面温度相比正常轴瓦温度有明显上升。理论和模拟实验结果表明，基于无线温度监测的内燃机连杆轴瓦故障诊断方法具有较高实用价值。
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  基于集成学习的计算机辅助诊断青光眼算法研究

  柯士园, 胡曼, 徐永利

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 86-91. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.013

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  在青光眼诊断中，眼底照和光学相干断层扫描（OCT）是最主要的两种眼科检查手段。对于眼底照和OCT图像数据，首先设计基于专家知识的机器学习算法，提取杯盘比曲线和视神经纤维层厚度曲线的尺度和形态特征，进而提出一种基于Dempster-Shafer（DS）证据推论的多视图集成学习方法，利用支持向量机（SVM）和逻辑回归进行青光眼预测。在一个真实数据集合上，对所提方法的预测性能进行了评估实验，结果表明，本文算法与眼科专家出具的诊断结果高度一致，并且比已有算法有更好的敏感性、特异性和更高的预测准确率。
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  有功功率测量P-Sa滤波器算法的研究

  朱孟, 王学伟

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 92-99. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.014

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  针对电能表采样过程中非整周期采样造成的有功功率测量和电能计量误差，在传统滤波器功率测量算法基础上，首先提出了一种多项Sa函数自卷积窗函数（P-Sa窗），分析了该窗的时频特性；然后基于该窗构造了P-Sa滤波器，仿真分析了非整周期采样下P-Sa滤波器的滤波效果；最后，基于工频正弦波形和IEC62052中的5种畸变波形测试信号，仿真分析了稳态和动态测试信号下不同有功功率测量算法对累计电能的误差。仿真结果表明，提出的P-Sa滤波器可以有效抑制纹波波动，提高了有功电能累计的准确性。
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  动态负荷电流游程长度特性对电能表误差的影响

  马姗姗, 王学伟

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 100-109. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.015

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  针对动态负荷电流游程长度特性对电能表误差影响的问题，首先重点分析了典型动态负荷信号的随机波动时变特性，据此建立动态负荷信号的非平稳调制模型；其次通过模型分解研究动态负荷电流信号的游程特性，建立智能电能表各单元的动态模型，采用典型游程长度信号作为仿真测试信号，仿真分析了负荷典型电流游程长度特性对电能表动态误差的影响；最后采用具有典型游程长度特性的二进制通断键控（OOK）动态测试信号进行实验验证。实验结果表明，动态负荷电流游程长度特性是导致智能电能表动态误差的重要因素。
管理与数理科学
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  Woodpile结构中锯齿波导的研究

  李天宇, 冯志芳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 110-115. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.016

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  采用时域有限差分方法（FDTD），详细设计、模拟和分析了woodpile结构中锯齿波导的传输特性。模拟结果表明：通过改变波导中相邻锯齿的长度，可以有效控制波导的导带范围；且利用锯齿波导设计灵活的特性，可以设计沿任意方向传输的波导结构。利用导带范围受相邻锯齿长度调控这一特点，设计、模拟并分析了由锯齿型波导形成的Y型波分复用器，两输出通道中锯齿长度分别取0.3a-0.5a和0.3a-0.8a，模拟结果表明两输出通道导带范围完全不同，充分说明在器件设计中可以引入锯齿型波导，通过调节锯齿长度实现频率选择的特性。
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  基于潜在低秩图判别分析的高光谱分类

  马方, 赵丽娜, 何磊, 杨宏伟

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 116-121. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.017

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  提出一种基于潜在低秩图判别分析（LatLGDA）算法，利用数据的自表示对数据的列表示系数矩阵和行表示系数矩阵同时施加低秩约束，得到保留数据结构的亲和矩阵，再与图嵌入模型相结合实现高光谱图像的流形降维并进行分类。与其他基于稀疏图或稀疏低秩图的高光谱特征提取算法相比，LatLGDA可利用数据的行信息弥补列信息的不足或缺失，对噪音的抗干扰能力更强；在真实数据集上的实验结果表明，LatLGDA算法具有较高的分类精度和运算效率，应用前景广阔。
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  一类带号图构形的Tutte多项式

  孙贵艳, 陈文娟, 姜广峰

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(4): 122-128. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.04.018

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  研究了带号曲轮图和带号双半轮图对应图构形的Tutte多项式，主要用带号图的删除-限制定理来计算其Tutte多项式，并运用带号图的符号转换函数找到了几种有规律的基本图形（基图），推导出这些基本图形Tutte多项式的递推公式后，通过计算机辅助给出这类带号图的Tutte多项式，进而得到特征多项式及OS代数的维数。最后计算了半螺旋双吸泵3种不同内部结构的Tutte多项式。