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2023年, 第50卷, 第6期 刊出日期:2023-11-20
  

  • 全选
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    化学与化学工程
  • 乔红旺, 宋钊毅, 向阳
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 1-7. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.001
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    采用一方程Wray-Agarwal(WA)湍流模型结合欧拉-欧拉双流体模型模拟了鼓泡流化床内流体力学性能,并将WA模型、Standard k-ε模型及Shear Stress Transfer(SST) k-ω模型的模拟结果与实验值进行对比。结果表明,3种湍流模型均可对气固流化床的流动进行模拟;WA模型预测的床层压降与理论值的相对误差最小,仅为1.6%;WA模型模拟的轴向空隙率和径向固含率分布在床层中部与实验结果吻合最好。结果证明了WA模型的可靠性和适用性,在多相流的模拟中有广阔的应用前景。

  • 邵磊, 肖浩, 方夕宏, 韩榕, 马华鹏, 张银龙
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 8-13. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.002
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    滞液现象是指通过液位控制而使超重力机底部形成积液的现象。初步研究结果表明,滞液现象显著改善了旋转填充床(RPB)内众多气-液反应过程的效果。在臭氧处理有机废水时,滞液现象不仅可以显著提高臭氧的吸收率,而且使得COD的去除率提高了1倍,一级RPB可以达到与无滞液时三级RPB串联处理接近的COD去除效果;在采用臭氧氧化亚硫酸铵时,利用滞液现象可以使亚硫酸铵完全氧化为硫酸铵的时间缩短40%以上;在利用NaOH溶液吸收HCl时,滞液现象可以使HCl的吸收率从85.1%提高至98.5%;利用羟乙基乙二胺吸收CO2,滞液现象则可以使其吸收率从33.4%提高至77.8%。对滞液现象的强化机制分析表明,该现象通过提高气-液传质系数改善了传质效率,并通过延长液相物料在超重力设备内的停留时间改善了气-液反应效果。合理利用滞液现象可望将超重力技术的应用拓展至众多受限于反应动力学的过程中。

  • 江裕, 梅刚, 唐世宝, 高畅, 陶亮, 鲁宁宁, 肖宁
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 14-21. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.003
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    以实际的电厂循环水为对象,研究了低磷阻垢剂(KURITA ST-8690)的浓度对电解除垢过程中循环水的pH值、硬度去除率、碱度去除率以及阴极沉垢量的影响。结果表明:阻垢剂可显著降低实际循环水的pH值,抑制电解除垢过程,并且阻垢剂浓度越大,电解循环水的硬度去除率、碱度去除率和阴极沉垢量越小。扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)的测试结果表明,阻垢剂直接参与了阴极成垢过程,阻垢剂的浓度越大,阴极垢质中文石型碳酸钙的含量越高,阴极垢质结构越疏松。经对比发现,阻垢剂的浓度变化对电解实际循环水与模拟循环水的影响规律基本相同,表明在实验室通过研究模拟循环水的电解除垢规律来评价实际循环水的电解除垢效果是可行的,这为电解循环水除垢工艺的实验室优化及推广应用创造了有利条件。

  • 原琳, 方志刚, 刘立娥, 魏代霞, 宋静丽
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 22-29. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.004
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    为了探究过渡金属磷化物MnPS3的催化析氢活性,根据拓扑学原理设计出团簇MnPS3模型,运用密度泛函理论,在B3LYP/def2-tzvp水平下对其进行优化处理,得到9种优化构型。从前线轨道图(HOMO-LUMO图)、轨道能级差及热力学参数等方面对团簇MnPS3各优化构型的催化析氢活性进行了分析,结果表明:S原子是H原子吸附的主要位点;在Tafel反应中团簇MnPS3加氢构型的稳定性较吸附氢原子前的构型有所下降,有利于氢气解吸;在Heyrovsky反应中团簇MnPS3加氢结构的电子转移所需的能量较大,不利于氢气析出;三重态构型3(3)在氢原子吸附及氢气解吸的过程中均表现较好,是团簇MnPS3最优的催化析氢构型。

  • 李艳, 伍庆, 全宏冬, 杨秀国, 王青梅, 肖恒宇, 李鸿雁, 江俊, 解田
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 30-37. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.005
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    为了对季戊四醇的生产过程进行在线实时监控,利用近红外光谱分析技术建立了季戊四醇生产过程中产品及副产物含量的定量分析模型。首先采用高效液相色谱法(HPLC)测定产品季戊四醇、副产物甲酸钠和双季戊四醇的含量,然后对近红外光谱仪采集的光谱图进行预处理,结合偏最小二乘法(PLS)建立了3种化合物含量的定量分析模型。季戊四醇、甲酸钠、双季戊四醇这3种化合物的定量分析模型的校正均方根误差(RMSEC)分别为0.563、0.964、0.591,相关系数(Rc)分别为0.980 6、0.990 7、0.919 2;预测均方根误差(RMSEP)分别为0.450、0.364、0.311,相关系数(Rp)分别为0.927 4、0.990 8、0.963 6。将本文方法与HPLC法进行了对比验证,结果显示本文方法的准确度高,重复性好。以上结果表明,所建立的3种定量分析模型稳定可靠,具有较好的预测能力,能够应用于季戊四醇产品及副产物的含量检测,实现季戊四醇生产过程的在线监控。

  • 生物技术与环境工程
  • 刘园, 刘素素, 李璋龙, 陈嘉程, 宋海红, 喻长远, 刘佳蕙, 王诗卉
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 38-46. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.006
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    采用逐层(LBL)技术将氧化石墨烯(GO)包封在酵母细胞(Yeast)表面(Yeast@GO),采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位对其进行了表征。Yeast@GO与Yeast的生长曲线测试结果表明,GO的包封并未对Yeast的生长产生不利影响,同时将Yeast的延滞期缩短了1/3。不同浓度的Cd2+对Yeast和Yeast@GO细胞的生长具有不同程度的抑制作用,抑制作用呈浓度依赖性。采用单细胞电感耦合等离子质谱(SC-ICP-MS)技术检测了单个Yeast和Yeast@GO细胞对不同浓度Cd2+的吸附能力,发现两种酵母细胞对Cd2+均有吸附作用,并且随着Cd2+处理浓度的升高,酵母细胞吸附的Cd2+增多;在相同的Cd2+浓度下,Yeast@GO比Yeast吸附更多的Cd2+

  • 机电工程和信息科学
  • 王学伟, 任红宇, 袁瑞铭, 李文文, 王国兴
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 47-54. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.007
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    为解决快速准确系统辨识电流互感器传变特性的理论问题,基于压缩感知理论,提出了电流互感器传变特性的压缩感知系统辨识方法。首先推导了Jiles-Atherton (J-A)模型电流互感器的传递函数,其次提出了电流互感器的压缩感知系统辨识架构,构造多频率正弦信号稀疏字典,产生压缩感知辨识激励信号,满足电流互感器传变特性的稀疏先验条件,最后采用Toeplitz测量矩阵,使用压缩采样匹配追踪算法实现了电流互感器传变特性的精确辨识。仿真实验结果表明,所提的压缩感知辨识方法能够准确辨识电流互感器的传变特性,显著提升电流互感器传变特性的系统辨识效率。

  • 侯世巍, 杜昌顺, 耿志强, 韩永明
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 55-65. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.008
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    模块化多电平换流器的高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current, MMC-HVDC)系统包含外环控制器和内环控制器,是柔性直流输电系统的重要组成部分。传统的外环比例-积分(proportional-integral, PI)控制器的参数固定,没有自适应能力,稳定性和抗干扰性能较差;同时传统的内环控制器是在dq旋转坐标系下的解耦控制系统,其结构复杂,容易出现超调。因此,提出一种基于模糊自适应PI控制和模型预测控制(model predictive control, MPC)的MMC-HVDC控制方法,以简化系统结构,增强动态响应性能,进而使用准比例谐振(proportional resonance, PR)环流抑制控制器来替换传统环流抑制控制器,消除静差值。在Power Systems Computer Aided Design(PSCAD)仿真平台搭建MMC-HVDC系统模型,分别对比了改进前后内外环控制器的性能和环流抑制控制器的环流抑制效果,结果验证了所提方法的有效性和实用性。

  • 刘康, 陈娟
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 66-73. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.009
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    针对一类复杂非线性系统提出了一种改进的无模型自适应控制(improved model-free adaptive control,IMFAC)方法,该方法通过对传统无模型自适应控制(model-free adaptive control, MFAC)方法控制器输出准则函数引入系统输出变化量来改善系统的动态性能。分析了IMFAC方法的稳定性和收敛性,并针对IMFAC方法中5个参数整定困难的问题,提出了基于灰狼优化(grey wolf optimization,GWO)算法的控制器参数优化方法(G-IMFAC)。对于GWO适应度函数中3个优化指标权重的最优分配问题,通过计算各个优化指标的信息熵来确定其权重。最后通过仿真模拟对比了G-IMFAC方法与传统MFAC方法及IMFAC方法的性能,结果表明G-IMFAC方法具有更小的超调量和更短的调节时间,进一步提高了系统的控制性能。

  • 庞皓升, 刘大猛, 柴春鹏, 尹绚
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 74-84. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.010
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    为了探究MXenes及其纳米复合涂层的摩擦学行为,以硅片(单晶硅)为基底,分别制备了Ti3C2-MXenes涂层、Ti3C2-MXenes/纳米金刚石复合涂层以及Ti3C2-MXenes/石墨烯复合涂层,测定了硅基底、MXenes及其纳米复合涂层与多种材质轴承球对磨的摩擦系数,并采用光学显微镜、三维白光干涉扫描仪和Raman光谱法对球斑及磨痕的表面形貌及组成进行了表征。结果表明:在所测试的不同材质摩擦球中,在循环次数为1 200下硅基底与聚四氟乙烯(PTFE)球对磨时的摩擦系数最低,硅基底表面的磨痕边缘处有明显的沟壑,其磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主,聚合物球表面的磨损机理以磨粒磨损和疲劳磨损为主;当硅基表面的Ti3C2-MXenes涂层与PTFE球对磨时,PTFE球的自润滑作用使得在1 N载荷下MXenes涂层的摩擦系数稳定在0.14,磨痕表面有明显的PTFE转移层;在1 N载荷下,与PTFE球对磨的Ti3C2-MXenes/纳米金刚石复合涂层的摩擦系数稳定在0.15;在0.5 N载荷下,与PTFE球对磨的Ti3C2-MXenes/石墨烯复合涂层的摩擦系数稳定在0.18,与未加入石墨烯时相比,硅基表面的聚合物转移层减少。

  • 庞皓升, 胡晨炜, 尹绚, 张冰
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 85-93. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.011
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    仿照大型双螺杆挤出机工作时机筒内壁与纤维素填料之间的摩擦学行为,通过实验测试与表征分析研究了不同载荷和转速条件下多尺度羟丙基甲基纤维素(HPMC)的摩擦学性能,探讨并揭示了服役工况条件和黏度因素对HPMC摩擦学性能的影响规律及其磨损机理。研究结果表明,低接触应力0.72 GPa条件下,跨尺度纤维素的磨损规律受转速的影响较大,100 mPa·s的HPMC摩擦系数最低,在15 r/min时为0.06,在60 r/min时为0.28;在高接触应力1.14 GPa条件下,400 mPa·s的HPMC摩擦系数在60 r/min时最低为0.21。低转速组的磨损机理表现为轻微黏着磨损;高转速组的磨损机理在HPMC黏度低时表现为磨粒磨损中的三体磨损,HPMC黏度高时表现为黏着磨损。

  • 杨婕妤, 李勇, 向诚, 何子懿
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 94-104. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.012
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    基于房室模型建立了中药药效组分作用于机体的时-量关系,推导出药效组分的血药浓度所对应的体内药量比例;利用鲸鱼优化算法(WOA)优化的反向传播(BP)神经网络建立了药效组分的血药浓度与机体整体反应的量-效关系模型;利用WOA-BP神经网络的反向传播过程调整药物效应,构建了新的量-效关系,并结合时-量关系确定药效变化后的药效组分配比。以辅助苯巴比妥抑制癫痫的青阳参(Cynanchum otophyllum)皂苷M1和M2的药效组分配比分析为例进行实证研究,初始的M1和M2配比(给药剂量比)为2∶1,利用建立的基于房室模型和WOA-BP神经网络的药效组分配比计算方法,确定在药效提升5%后M1和M2的配比为2.26∶1,此时与初始M1和M2配比时的药效相比,青阳参抑制癫痫的效果增强。本模型能够在有限的实验条件下快速确定药效提高时所对应的药效组分配比,为中药的配伍研究提供了一种新方法。

  • 管理与数理科学
  • 刘琪, 兰光强
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 105-111. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.013
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    研究了变时滞反馈控制的混合中立型随机延迟微分方程(HNSDDEs)的指数稳定性。采用函数方法设置合适的变时滞反馈控制函数,得到了该系统的指数稳定性。对比已有的研究成果,本文的主要贡献是在变时滞反馈控制下对HNSDDEs的指数稳定性作了进一步研究。最后,给出一个例子证明了结论的有效性。

  • 李倩, 王利
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 112-118. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.014
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    考虑在随机利率环境下,标的资产是由Lévy跳过程驱动的期权定价模型,其中利率由Cox-Ingersoll-Ross(CIR)模型刻画。利用远期测度变换、傅里叶逆变换以及Feynman-Kac定理给出了级数形式的欧式期权定价公式, 并通过数值模拟证明该级数解是收敛的,最后通过实证分析证明所得解比经典的B-S模型更符合实际市场。

  • 高晓涵, 李威
    北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(6): 119-123. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.015
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    研究了具有高阶色散项和立方-五次非线性项的薛定谔方程(NLSE)在扰动下孤立波解的保持性。通过行波变换将NLSE转化为平面动力系统,由Melnikov方法得到混沌阈值,通过分岔图、最大Lyapunov指数和Poincaré截面图验证了该系统存在Smale马蹄意义下的混沌,从而在参数选择时规避该区域来获得孤立波的保持区域。