2020年, 第47卷, 第6期　刊出日期：2020-11-20

  

• 全选
  |

综述
• Select
  蜡酯合成酶的研究进展及其应用

  肖一凡, 彭杰, 张扬, 史硕博

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 1-11. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  蜡酯合成酶（WS）是生物体内蜡酯合成的关键酶，存在于多种动植物和微生物中，该酶可催化生成一系列结构各异、功用不同的酯类化合物。随着对WS的深入研究，人们发现不同物种的WS在功能与活性上有较大的差异，这些差异导致了其合成产物及用途的多样性。本文系统论述了不同生物体内蜡酯的合成途径、WS的生化特性与酶工程改造及其在各种酯类化合物生产中的应用，为WS的进一步研究提供参考依据。
化学与化学工程
• Select
  非光气异氰酸酯热解反应釜流场和温度场的CFD模拟研究

  何奇奇, 贺鹏, 王利国, 曹妍, 陈家强, 刘辉, 李会泉

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 12-19. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  采用计算流体力学（CFD）方法研究了1 L、1 000 L单层桨和1 000 L双层桨非光气异氰酸酯热解反应釜的流场和温度场，同时研究了N₂吹扫对反应釜温度分布和温度变化速率的影响，结果表明：1 L、1 000 L单层桨间歇热解反应釜流体经三叶搅拌桨加速后均分为上下两个循环区，上循环区平均温度高于下循环区平均温度；与1 000 L单层桨热解反应釜相比，1 000 L双层桨热解反应釜的双层桨之间形成了明显的漩涡，且不同搅拌时间下的温度变化情况与1 000 L单层桨热解反应釜模拟结果基本一致，表明多层桨的引入对热解反应釜温度变化速率无明显影响；N₂通气速率从0增加到600 mL/min，反应釜内的温度变化速率由0.180℃/s增加到0.215℃/s，因此N₂的通入增加了热解反应釜内流体的湍动程度，增大了釜内侧的表面传热系数，导致温度变化速率增加。
• Select
  合成气直接制芳烃嵌入式Co@HZSM-5催化剂的研究

  席蓝萍, 邱宝成, 刘意, 张燚

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 20-30. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  由于芳烃收率低、催化剂易积碳和反应条件苛刻等问题的存在，合成气直接转化制芳烃技术目前仍然面临很多挑战。采用分步晶化方法合成了嵌入式Co@HZSM-5双功能分子筛催化剂，并通过X射线衍射（XRD）、N₂物理吸附-脱附、扫描电子显微镜（SEM）、氨气程序升温脱附（NH₃-TPD）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）以及热重分析（TG-DTA）等手段对催化剂的形貌、晶体结构、酸性、还原性能、积碳行为等理化性质进行了表征，随后在固定床反应器中对Co@HZSM-5催化剂进行了合成气直接催化转化制芳烃的反应性能评价。研究结果表明：嵌入式Co@HZSM-5分子筛催化剂相较于传统负载型Co/HZSM-5分子筛催化剂以及Co/SiO₂催化剂具有更多的酸中心和适宜的酸强度；同时，这种将活性金属纳米颗粒嵌入在分子筛晶体内部的特殊结构在保证活性相结构稳定的同时，还发挥了分子筛的择形限域效应。因此，嵌入式Co@HZSM-5催化剂可有效促进费托合成反应低碳产物的二次芳构化反应，提高芳烃的选择性，同时抑制长链烃类和积碳的生成。
• Select
  气-液界面处疏水碳酸钙纳米颗粒的分布行为及其对传质过程影响的研究

  刘文林, 李俊, 盛晓, 杜乐, 朱吉钦, 刘志学

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 31-39. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  在纳米碳酸钙原位改性、碳酸钙基润滑油清净剂制备等过程中，疏水碳酸钙纳米颗粒易富集在气-液界面处并对气-液传质过程造成影响。为揭示疏水碳酸钙纳米颗粒的分布行为，并量化其对传质过程的影响程度，提出利用探索界面处颗粒层流变行为的方法来确定疏水性碳酸钙纳米颗粒在气-液界面上的吸附量，并预测其对传质过程的影响。一方面，通过对界面处疏水碳酸钙颗粒层进行流变测量，量化不同疏水性颗粒加入条件下界面处的表面压力；另一方面，利用膜分散微反应器进行Ca（OH）₂溶液-CaCO₃疏水颗粒体系吸收CO₂的传质行为研究。研究结果表明，碳酸钙纳米颗粒的疏水性和颗粒表面浓度会直接影响颗粒的分布状态，进而改变界面处的表面压力，最终导致传质效率出现差异。当颗粒达到临界浓度、颗粒层呈现不可压缩的流变状态时，气-液传质系数会降低约一个数量级（从10^-3 m/s到10^-4 m/s）。此外，还进一步提出了气-液界面处表面压力与液相中碳酸钙纳米颗粒疏水性和表面浓度关系的计算式，进而确定了气-液体系原位合成改性碳酸钙纳米颗粒的适宜操作范围。
• Select
  稠油输送管道90°弯管的冲蚀模拟分析

  孙岩, 陈一鸣, 王博, 吴玉国

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 40-46. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  为了研究重质稠油内砂粒对弯管的冲蚀作用，以90°弯管为研究对象，运用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）软件建立液固耦合的离散相冲蚀模型（discrete phase model，DPM），利用SIMPLEC算法计算得到不同温度、砂粒粒径及质量流率下重质稠油输送管道弯管处冲蚀速率的变化规律。结果表明，同一流动状态下，随着温度升高，重质稠油的黏度及90°弯管的冲蚀速率皆呈指数递减趋势，最大冲蚀点出现在弯管90°方向线与侧壁面中线交点处；湍流流态下，90°弯管的冲蚀速率随砂粒粒径的增大而减小，稠油的黏性力对大粒径砂粒的束缚作用明显，冲蚀速率较低；湍流流态下，冲蚀速率随砂粒质量流率增加而增大，近壁面处砂粒与稠油间形成的黏性微团层对质量流率增加所引起的冲蚀具有一定缓解作用。
• Select
  进气温度及冷流率对涡流管制冷性能的影响

  王宗勇, 丁帆, 孟辉波, 丁桂彬

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 47-54. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  采用基于实际生产应用的涡流管模型，以空气为介质，模拟分析了不同进气温度和冷流率对涡流管制冷性能的影响，结果表明：冷流率一定时，涡流管的冷端出口温度、热端出口温度、制冷温度效应及单位制冷量均随进气温度的升高而增大，而制冷效率基本不受温度影响；在相同进气温度下，涡流管的制冷温度效应、单位制冷量及制冷效率都随冷流率的增大呈先增大后减小的趋势；存在一个最佳冷流率范围使得制冷温度效应、单位制冷量、制冷效率最大，但它们各自的最佳冷流率范围不同。
材料科学与工程
• Select
  环氧化天然橡胶对聚乳酸性能的影响

  蒋妮, 宁振勃, 甘志华

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 55-61. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  通过溶液共混的方法制备了左旋聚乳酸（PLLA）/环氧化天然橡胶（ENR-50）共混物，研究了ENR-50对PLLA的热稳定性、结晶性、力学性能和降解性能的影响。结果表明，ENR-50因环氧基团的存在，其引入可以显著提高PLLA的热稳定性。同时，分子运动性较高的弹性体虽不利于PLLA的成核，但可以提高其晶体生长速率。脆断面扫描电镜（SEM）结果表明，ENR-50呈椭球状均匀分散于PLLA中，作为应力集中物，经退火处理一定时间后ENR-50可以显著提高PLLA的韧性。此外，10%（质量分数）以内ENR-50的引入并不影响PLLA的酶降解速率。
• Select
  含磷笼网结构多面体低聚倍半硅氧烷阻燃剂的合成及其阻燃环氧树脂性能

  刘兴华, 赵晓娟, 李胜楠, 杨欣, 于然, 张瑛, 黄伟

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 62-72. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  采用9，10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧杂（DOPO）-乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）加成物DOPO-VTMS通过水解缩合反应，制备了新型含DOPO基团的笼网结构倍半硅氧烷（DOPO-PolyPOSS）。将不同比例的DOPO-PolyPOSS添加到环氧树脂（EP）中，制备了一系列阻燃EP。采用热重分析（TGA）、动态热机械分析（DMA）、万能拉力机、极限氧指数（LOI）、UL-94和锥形量热计对阻燃环氧树脂的热性能、力学性能和阻燃性能进行了系统研究，并通过热重-红外联用（TGA-IR）、热重-质谱联用（TGA-MS）和扫描电子显微镜（SEM）研究了其阻燃机理，结果表明：DOPO-PolyPOSS可在EP中均匀分散；向EP中加入DOPO-PolyPOSS显著提高了阻燃EP的残炭率，降低了热释放速率（HRR），延长了点燃时间（TTI），达到了良好的阻燃效果；当DOPO-PolyPOSS加入量（质量分数）为3%时，阻燃EP的LOI值可从纯EP的25.5%提高至31.7%，并达到了UL-94的V-0阻燃等级。此外，加入DOPO-PolyPOSS可提高EP的拉伸和弯曲性能。对EP凝聚相和气相裂解产物的分析结果表明，DOPO-PolyPOSS阻燃环氧树脂是基于磷硅协同效应而同时在气相和凝聚相阻燃。
机电工程和信息科学
• Select
  基于轴心轨迹重构的自动平衡控制输入算法优化

  陈立芳, 秦悦, 王维民, 李兆举, 周博

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 73-78. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  以转子呈各向异性、支撑刚度非线性时的自动平衡系统为研究对象，提出一种轴心轨迹重构方法来实时测算稳定的基频振动矢量作为最优自动平衡的控制输入，并在自动平衡试验台上进行了试验验证。结果表明，相较于传统单向传感器自动平衡系统，基于轴心轨迹重构的自动平衡控制输入算法的振动幅值降低了7.54 μm，同比下降约5%。
• Select
  基于颜色检测的亚硝酸盐传感器设计

  李新民, 罗学科, 李文, 陈梦凡

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 79-84. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  针对水资源中亚硝酸含量自动连续在线检测系统的经济适用性、准确性和便携性要求，基于比色法原理，提出一种非接触式的液相溶解亚硝酸盐浓度检测方法。通过颜色检测设备对反应后溶液颜色进行识别，建立检测信号和亚硝酸盐浓度之间的回归方程。实验结果表明：在5~30℃的环境下，该传感器具有良好的稳定性，测定系数R²为0.998 9，相对误差的最大值为5.12%，相对标准偏差的最大值为6.77%；水中亚硝酸盐检测传感器所测数据与商用传感器检测数据的最大相对误差为2.76%。该传感器成本低、结构简单、响应时间短，适用于低浓度亚硝酸盐的快速检测。
• Select
  典型常减压装置塔类设备腐蚀失效案例统计分析

  廖静雯, 杨剑锋, 陈良超, 乔希宁

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 85-91. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  通过对多套典型常减压装置塔类设备的腐蚀失效案例进行归纳总结，统计发生严重腐蚀的塔类设备的腐蚀失效类型、重点腐蚀部位、材质应用类型的数量和比例，得出腐蚀问题发生最多的是碳钢材质的塔类设备，易腐蚀部位一般为塔壁和焊缝，且塔顶腐蚀情况较其他部位严重，此外坑蚀现象是出现最多的腐蚀失效类型。进而结合原油性质和加工特点，分析其对典型的5套常减压装置塔类设备的腐蚀影响，最后对塔类设备典型腐蚀问题进行了腐蚀原因分析，并给出相应的选材和防腐建议。
• Select
  基于动态长短期记忆网络的设备性能退化预测方法

  卫炳坤, 王庆锋, 刘家赫, 张田雨

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 92-99. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  针对目前基于数据驱动的旋转机械退化状态预测中时序列信息考虑不充分、寿命标签制定不合理、退化模型累计误差大等问题，提出一种融合趋势滤波、模糊信息粒化、动态长短期记忆网络（LSTM）的旋转机械退化趋势与退化区间预测方法。以振动信号为例，首先提取表达设备退化信息的特征指标，然后通过趋势滤波与模糊信息粒化提取主要退化趋势与模糊退化边界，其次利用动态LSTM进行综合性能退化预测；最后，利用网络公开的轴承训练数据集验证了本文方法的可行性与有效性。
• Select
  基于抗噪多核卷积神经网络的轴承故障诊断方法

  董绍江, 杨舒婷, 吴文亮

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 100-106. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  针对噪声环境下滚动轴承故障难以诊断的问题，提出一种基于抗噪多核卷积神经网络（anti-noise multi-core convolutional neural network，AMCNN）的轴承故障识别新方法。首先，对滚动轴承振动信号进行预处理，得到数据样本，分为训练集和测试集；然后建立轴承寿命状态识别模型，将标签化的训练集数据样本输入AMCNN中进行训练；最后，将训练后的AMCNN模型应用于测试集，输出故障识别结果。在训练过程中，为抑制过拟合，对原始训练样本进行加噪处理；为提高模型抗干扰能力，将dropout层作为AMCNN的第一层。运用轴承实验数据对识别模型进行检验，通过对比验证，结果表明所提出的识别方法在高噪声环境下能更准确地实现轴承故障状态识别。
• Select
  基于相变材料的锂电池保温数值模拟

  陈杨华, 赵烽, 戈敏荣, 王朝贺, 高周

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 107-114. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.014

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  为保证锂电池在低温环境下的高效运行，利用ANSYS软件建立了锂电池相变材料三维热管理模型，用数值模拟的方法研究了基于相变材料的锂电池在低温环境下的保温性能以及静置后在放电过程中温度的变化。研究结果表明：在环境温度为-10℃、锂电池初始温度为25℃的情况下，包裹相变材料的锂电池温度维持在0℃以上的时间与没有任何保温处理的锂电池相比提高了130%，且保温时间随相变材料导热系数的降低而延长；在相同的包裹厚度（10 mm）下，包裹8 mm相变材料外加2 mm保温材料的锂电池的保温时间比只包裹10 mm相变材料的锂电池提高了20%。包裹相变材料的锂电池在-10℃的低温环境下放置一定的时长后仍能在适宜的工作温度下放电，但当放置时间过长导致锂电池的初始温度降至与环境温度一致后，包裹的相变材料反而会阻碍锂电池的启动。
管理与数理科学
• Select
  碳排放总量控制下行业间碳配额分配的博弈机制研究

  吴军, 李曼, 徐广姝, 王璇, 尹文琦

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 115-120. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.015

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  为了向实现2030年中国碳减排目标提供参考，构建了某省内行业间的配额分配权重的不完全信息动态博弈模型，将该省内参与配额分配的行业根据减排严格程度分为低、中、高3个等级，通过引入行业减排优先顺序和配额分配权重构建各行业配额分配支付函数，并通过逆向归纳法求得博弈模型的纳什均衡。最后为了辅助实施减排，控制排放总量，引入了激励与约束机制。研究结果表明：行业减排优先顺序和分配权重的引入使最终的分配结果不仅考虑了行业的历史减排量，而且将行业减排责任考虑在内，体现了我国共同但有差别的责任原则，从而使得分配结果更为科学合理；为避免各行业为追求经济效益而缺乏减排驱动力引入奖惩机制，使得配额分配后的减排政策能够更加有效地实施。
• Select
  三维可压两相流扩散界面模型的界面极限分析

  童天娇, 陈亚洲

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2020, 47(6): 121-126. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.06.016

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  主要讨论了三维可压两相流扩散界面模型-Navier-Stokes-Cahn-Hilliard（NSCH）方程组中接触界面厚度趋于零时的极限问题，通过渐近匹配展开的方法，从方程组解的渐近极限中推导出相应两相流的自由界面模型及界面条件。