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  • 管理与数理科学
    李聪, 常雪婷, 戴昌乾, 马涛, 孙士斌
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 138-146. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.015
    摘要 (15) PDF全文 (10) HTML (10)   可视化   收藏

    金属氧化物半导体(MOS)气体传感器具有高灵敏度、低成本、高稳定性,在气体传感器领域被广泛应用。然而,MOS气体传感器对同类气体存在交叉敏感性,限制了其在混合气体检测中的准确性。为提升传感器的定性识别性能,本研究以WO3气体传感器为研究对象,采用算术优化算法(AOA)优化支持向量机(SVM)参数,提升模型的准确度和计算效率。实验结果表明,WO₃气体传感器对三乙胺(TEA)具有高选择性,结合优化后的SVM算法,对二元混合气体的识别准确率达85%以上,较原始SVM模型提升6%。该方法在复杂气体环境中表现出优越的分类精度和计算效率,为实时气体检测提供了新思路。

  • 机电工程和信息科学
    李龙云, 王鹏, 周晓峰, 张健, 刘懿萱, 王倩琳
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 126-137. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.014

    健康-安全-环境(health-safety-environment,HSE)绩效评价作为一种提升电力企业综合管理水平的关键手段,能够有效降低工程事故的发生概率且有力保障电力建设的顺利实施。然而,现有方法忽略各要素的可信度,导致HSE绩效评价结果的分辨率较低。为此,提出一种基于模糊Petri网-长短期记忆网络(fuzzy Petri net-long short⁃term memory, FPN⁃LSTM)的电力建设项目HSE绩效评价方法。首先,根据现场HSE数据统计表引入模糊Petri网(fuzzy Petri net, FPN),构建直观化、定量化的电力建设项目HSE绩效评价模型;然后,计算库所节点数据的差异分数,同时采用线性插值的方式确定FPN模型中初始库所、中间库所和终止库所的置信度取值,开展电力建设项目HSE绩效评价;最后,借助长短期记忆网络(long short⁃term memory,LSTM)对FPN模型的置信度进行训练和更新,最大程度优化HSE绩效评价结果。以鲁西分公司的HSE绩效评价为例,开展FPN⁃LSTM模型验证,并将其与传统FPN模型、FPN-反向传播(back propagation,BP)神经网络进行对比分析,结果表明,该FPN⁃LSTM模型不仅能够准确、系统地反映整个电力建设项目的HSE绩效水平,还可精细、有效地厘清各级评价要素的执行情况和分布特性,从而为HSE管理人员提供科学化、体系化和精准化的决策依据。

  • 机电工程和信息科学
    徐红亮, 张侯, 谢雨寒, 杨振华, 蔺兴元, 刘禹泽, 黎志毅
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 117-125. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.013

    针对传统工业设备健康状态评估中存在的特征提取复杂、细粒度分类精度低等问题,提出了一种基于卷积神经网络和改进分层Softmax策略的设备健康状态评估方法(hierarchical Softmax convolutional neural network,HSCNN)。利用卷积神经网络从设备健康状态数据中学习特征表示,挖掘设备状态的内在特征。同时通过引入分层Softmax策略进行设备健康状态的多级分类,将原本的细粒度分类任务转换为层次化的决策过程,并采用哈夫曼树解决传统分层Softmax策略可能导致的计算资源浪费和模型性能下降问题,实现了对设备状态的高效、准确评估。将所提方法应用在大型煤矿设备运行健康状态评估上,并与传统多层感知机、循环神经网络、卷积神经网络、分层Softmax卷积神经网络和长短期记忆网络对比,结果表明基于卷积神经网络和改进分层Softmax策略的设备健康状态评估方法相比于传统方法具有更高的准确性。

  • 机电工程和信息科学
    付思, 秦东昊, 尚吉
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 107-116. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.012

    针对无人扫雷车液压系统易发生故障且难以诊断的问题,提出一种基于改进淘金优化器算法的XGBoost故障诊断模型,以Piecewise混沌映射和柯西变异策略提高淘金优化器算法(GRO)的寻优效率。建立了无人扫雷车液压系统故障仿真模型,获得了电磁阀故障、液压缸故障、液压泵内泄漏故障和过滤器阻塞等常见故障类型的故障数据。以上述数据作为诊断模型的输入,进行无人扫雷车液压系统故障分类诊断。将改进前、后的模型进行对比,结果表明,经过改进的诊断模型提高了无人扫雷车液压系统故障诊断的准确度。

  • 机电工程和信息科学
    刘伟, 叶梓聪, 李双喜
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 96-106. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.011
    摘要 (12) PDF全文 (11) HTML (10)   可视化   收藏

    圆周密封是旋转机械动力设备密封技术的重要环节,目前关于高工况参数(高速高温)下圆周密封特性及性能的研究较为匮乏。为此,建立了高速高温工况下圆周密封的流固热耦合数值分析模型,分析了工况参数(转速、温度、密封压差)对圆周密封性能的影响,并通过实验验证了所建模型的准确性。结果显示,密封环主密封面的应力分布较为均匀,最大应力出现在搭接头处;密封面仅发生微小变形,唇缘和搭接头处的应变较大;密封环整体温度分布较为均匀,主密封面的温升明显;流体薄膜介质的黏度在主密封面没有变化,在入口处介质密度最大;圆周密封的泄漏量随着转速增大、温度升高而略微减小,随着密封压差增大而显著增大,表明密封压差对泄漏量的影响较大;密封环的主密封面存在混合润滑,运转前后石墨环的副密封面无明显磨损,主密封面磨损较为严重。

  • 机电工程和信息科学
    杨冬梅, 王建林, 鄢持璠, 随恩光, 汤珈嘉, 马姣姣, 张波
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 85-95. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.010

    甲状腺结节弹性超声影像包含结节的硬度、形态等信息,实现甲状腺结节弹性超声的分割能够有效提高甲状腺结节诊断的准确性。基于深度学习的甲状腺结节超声影像分割取得了较好结果,然而受限于数据集规模,甲状腺结节弹性超声影像分割精度仍有待提高。针对上述问题,考虑灰阶超声影像与弹性超声影像存在共同特征,提出一种基于迁移学习的甲状腺结节弹性超声影像分割方法。首先引入大核注意力机制,构建一种大核多尺度注意力的特征提取网络,捕获丰富的甲状腺结节局部结构信息和长距离依赖关系,然后将U⁃Net作为骨干网络,建立甲状腺结节灰阶超声影像分割模型。在此基础上,利用条件生成对抗网络对齐灰阶超声影像(源域)和弹性超声影像(目标域)的特征分布,并采用权值共享策略,迁移灰阶超声影像分割网络特征提取层参数,建立甲状腺结节弹性超声影像分割模型,实现甲状腺结节弹性超声影像的分割。实验结果表明,所提分割方法的Dice系数、交并比、召回率、精确率结果分别为77.09%、65.20%、78.19%、81.05%。

  • 机电工程和信息科学
    曾庆阳, 万静, 张昊
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 74-84. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.009
    摘要 (14) PDF全文 (10) HTML (11)   可视化   收藏

    为提高中国画图像印章识别的效率和准确性,提出一种基于EfficientNet和尺度不变特征变换(scale invariant feature transform, SIFT)的两阶段印章识别算法。在印章提取阶段,通过预处理技术优化图像质量,利用HSV(hue, saturation, value)颜色空间特征确定候选印章区域,基于EfficientNet模型提取候选区域图像特征,进行分类后获得印章图像。在印章匹配阶段,通过SIFT算法提取印章图像特征,采用最近邻匹配方法进行图像匹配,获得最终的印章信息。为验证算法的有效性,构建了包含4 000张图片的印章提取数据集,以及包含14 790条印章信息的标准印章数据库。选取其他常用基线模型进行对比实验,实验结果表明,在自建数据集上,所提方法印章图像提取的准确率达到95.25%,印章匹配的准确率达到98.20%,并且在处理图像旋转和尺度变化时具有较高的鲁棒性。

  • 机电工程和信息科学
    史泽林, 卢涛, 罗彦, 王磊
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 65-73. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.008

    在液态铅铋合金(lead bismuth eutectic,LBE)自然循环回路中注入气体可以有效提升液态LBE的自然循环能力。为探究注气量对回路内液态LBE流动传热特性和气举提升效率的影响,分别设置0、125、250、375、500、675、750 NL/h等7种注气量工况,对回路内液态LBE流动传热过程进行数值模拟,探讨了注气量对回路内速度场、气相体积分数、摩擦压降、传热特性和气举提升效率的影响规律。计算结果表明,液态LBE质量流量随注气量的增加先由快到慢地增长然后略有下降;上升管和下降管内气相体积分数随注气量的增加而增大;总压降随注气量的增大而降低,降速逐渐变缓,上升管压降先快速降低然后略有升高;Nu数的变化受液态LBE质量流量和气相体积分数共同影响,注气量低于375 NL/h时Nu数随Re数的增大而增大;气举提升效率随注气量的增加呈降低趋势,且降速逐渐减缓。

  • 材料科学与工程
    常伟, 顿玉超, 刘泽宇, 李文, 闵芃
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 58-64. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.007
    摘要 (13) PDF全文 (9) HTML (11)   可视化   收藏

    为了解决由于有机硅树脂在高温下裂解导致的耐高温涂料耐热后抗腐蚀效果下降的问题,以双组分钛酸酯改性硅氧烷树脂作为成膜物,配以反应型填料、低熔填料、抗腐蚀填料等制备得到耐600 ℃高温抗腐蚀涂料。经过耐热性测试,所制备的耐高温抗腐蚀涂层能够在600 ℃条件下使用500 h以上;经过中性盐雾与湿热测试,所制备的耐高温抗腐蚀涂层在耐热测试前后的耐中性盐雾与耐湿热性均能达到1 200 h以上。通过光学显微镜以及电化学阻抗谱分析,揭示了在高温服役过程中所制备涂层的耐温耐蚀机理。经分析可知,研制的耐高温抗腐蚀涂层具有优异的耐热性与抗腐蚀性能,在高温与腐蚀环境下具有长效的服役寿命。

  • 材料科学与工程
    吉鹏霄, 李凯强
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 49-57. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.006
    摘要 (15) PDF全文 (5) HTML (13)   可视化   收藏

    高镍(Ni含量≥90%)层状氧化物在长循环过程中出现容量快速衰减限制了其商业应用,掺杂作为一种提升正极材料电化学性能的方法受到了广泛关注。探讨了通过位置特异性地原位引入镁离子(Mg2+)来增强LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2正极材料的结构稳定性。实验结果表明,在扣式锂离子半电池中,掺入Mg2+的正极材料相较于未掺杂的材料表现出更佳的电化学性能;特别是在0.5 C条件下进行100次循环测试后,掺有0.3% Mg2+的LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2正极材料能够保持初始比容量的74.06 %。通过物理表征与分析发现,掺杂处理改变了材料的晶粒活性晶面暴露情况及晶格结构,有效地抑制了阳离子混排以及不利的相变现象,进而提升了材料的循环稳定性,这些变化有助于提高电池的长循环性能。本研究提出的掺杂方法可以有效地提高高镍正极材料的性能,并为开发更高能量密度的锂离子电池提供了一定的参考。

  • 材料科学与工程
    王春雨, 窦媛媛, 吴晗, 宁振勃, 蒋妮, 甘志华
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 40-48. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.005
    摘要 (12) PDF全文 (7) HTML (11)   可视化   收藏

    分别通过六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)对商品化的蒙脱土Cloisite® 30B(C30B)进行了活化改性,进而通过己内酰胺(CLA)进行了封端和聚合改性,制备了9种改性C30B。并通过红外光谱仪、X射线衍射仪、热重分析仪对其结构进行了表征,筛选了更优的改性C30B,进一步研究了C30B和改性C30B对尼龙6(PA6)的结晶性能、力学性能和吸水性的影响。实验结果表明:C30B和改性C30B能够提高PA6的力学强度和结晶速率,并促进PA6的晶型转变;同时,均匀分散的蒙脱土和提高的结晶度共同降低了复合材料的吸水率。其中,PA6/C30B⁃TDI(质量比199/1)复合材料比PA6/C30B(质量比199/1)弹性模量提高了约12.6%、屈服强度提高了约9.2%、断裂伸长率提高了约72.6%。相比于C30B,C30B⁃TDI 对PA6的力学改性效果更优。

  • 化学与化学工程
    张静, 程思淼, 王绍哲, 龚斌, 张静怡
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 31-39. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.004
    摘要 (10) PDF全文 (10) HTML (8)   可视化   收藏

    为了研究旋流分离器内不同粒径颗粒间的相互作用以及粗颗粒对分离效率的影响,将分离器内入口局域流动简化为附壁射流,粗颗粒理想化为刚性球体,利用大涡模拟和离散相模型耦合的计算方法,研究了球体与壁面的间隙比为0.125、0.25和0.5的条件下近壁面球体对微米级粒子的扰动。结果表明:在射流特征衰减区内(周向20°~75°)流场呈现大幅度波动;在周向20°~30°范围内,随着间隙比增大,球后切向速度分布逐渐接近无球体状态,间隙比为0.5时切向速度分布与无球体状态的差距最小;当间隙比为0.25时,球后尾涡区的涡量峰值最大,球体对射流流向涡强度的影响最大;对于粒径d p=10~100 μm的粒子,球体对粒子的停留时间和逃逸数量的影响较小;与无球体条件相比,在球体存在的条件下,d p=125~250 μm粒子的平均停留时间缩短,粒子逃逸数量百分比增大,分离效率提高,其中间隙比为0.25时粒子的停留时间最短,逃逸数量百分比最大。

  • 化学与化学工程
    房子超, 陈玉石, 孙晓岩, 陶少辉, 项曙光
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 20-30. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.003
    摘要 (13) PDF全文 (8) HTML (10)   可视化   收藏

    等能等容闪蒸(UV闪蒸)是动态模拟领域最严谨的闪蒸算法,但该算法存在稳定性差、求解误差大等问题。鉴于此,充分考虑分离过程中组成变化对各因素的影响,通过简化迭代方程组和优化计算顺序对传统UV闪蒸算法进行改进,并将其应用于精馏塔动态模拟,提出一种基于改进UV闪蒸算法的精馏塔动态模拟计算模型。通过不同操作条件下的4个闪蒸案例以及1个实际工业的精馏塔案例对提出的改进UV闪蒸算法进行了验证,结果显示:改进的UV闪蒸算法在计算效率、准确性、鲁棒性方面均优于传统UV闪蒸算法;与传统UV闪蒸算法相比,基于改进UV闪蒸算法的精馏塔模型的计算结果更接近HYSYS精馏塔动态模型的模拟结果,计算耗时由1.331 s(传统UV闪蒸模型)减少到0.310 s,强度变量和最终产品组成的模拟结果的相对误差分别小于1%和1.5%,表明改进的UV闪蒸算法更适合于精馏塔动态模拟的计算,可为精馏塔动态过程的数字孪生模型建立提供一种可靠的算法。

  • 化学与化学工程
    张盈盈, 吴龙焕, 杨许召, 刘润一, 吴大命, 李莹, 张瑞雪, 冯子涵
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 10-19. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.002

    苯和正己烷的沸点相近,且易形成共沸混合物,其分离过程能耗高、分离效率低。为了高效地分离苯/正己烷体系,合成了非对称双阳离子型离子液体二溴化1⁃(3⁃(三甲基铵)丙⁃1⁃基)⁃3⁃甲基哌啶([N111C3MPi]Br2)(氢键受体),并将其与乙二醇(氢键供体)以一定比例混合制备了[N111C3MPi]Br2/乙二醇低共熔溶剂。在288.15~323.15 K的温度范围内测定了低共熔溶剂的密度和黏度,结果表明:随着温度升高,低共熔溶剂的密度呈线性减小趋势,黏度逐渐降低,在313.15 K时[N111C3MPi]Br2/乙二醇(物质的量比1∶6)的黏度仅为25.57 mPa·s。使用该低共熔溶剂作为萃取剂,通过正交试验优化得到苯/正己烷的分离条件:分离时间1.5 h、分离温度313.15 K、投料比为1∶1(低共熔溶剂与苯/正己烷的体积比),在优化条件下测得苯的分配系数和选择性分别为9.29和120.83,显著高于萃取剂环丁砜和其他离子液体体系。

  • 化学与化学工程
    辛宇, 盛虹瑞, 左先波, 乐园
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(4): 1-9. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.04.001

    羟基频哪酮视黄酸酯(HPR)作为新型维生素A衍生物,存在光热稳定性差、水溶性低等缺点,导致其透皮治疗效果较差。为了提高HPR的透皮性能,将HPR与生育酚乙酸酯(VE)复配,采用超重力技术制备了HPR/VE纳米乳。在超重力水平为8、循环乳化时间5 min的优化条件下制备的HPR/VE纳米乳(HPR质量分数为0.6%~3.7%)的粒径为89.7~131 nm,多分散指数(PDI)为0.13~0.15,液滴呈现规则的球形。在4 ℃和25 ℃下储存3个月,HPR/VE纳米乳的粒径、HPR含量、pH和zeta电位均无明显变化;在3 000 r/min下离心30 min,纳米乳的粒径及PDI均未发生显著变化,并且无晶体析出或乳液分层现象。皮肤渗透实验结果显示,HPR/VE纳米乳的12 h累积渗透量为8.33 µg/cm2,皮内驻留量为17.07 µg/cm2,其12 h累积渗透量分别是市售乳剂和原料药的2倍和4倍,皮内驻留量分别是市售乳剂和原料药的1.5倍和2.8倍。研究结果表明,基于超重力技术制备的HPR/VE纳米乳液具有粒径小、分布均匀、形貌规整等特点,并表现出良好的储存稳定性和皮肤渗透性,在经皮给药领域具有潜在的应用价值。

  • 管理与数理科学
    黄明贺, 肖松涛, 欧阳应根, 李志强
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 132-138. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.014
    摘要 (111) PDF全文 (233) HTML (102)   可视化   收藏

    在小样本实验观测数据下,指标变量间的严重多重共线性和模型误差分布的非对称性会导致无法准确地构建适合的统计模型。在误差服从偏正态分布的假定下, 为了克服误差分布的尺度参数和偏度参数的估计值不准确对线性回归模型统计推断产生的影响,基于小样本数据,提出一种利用敏感性分析的方法,可以比较准确地估计模型误差分布的尺度参数和偏度参数。在得到误差分布的参数估计值后,能够对具有严重多重共线性的线性回归模型进行有效地统计推断。首先采用贝叶斯回归结合马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法估计模型系数,然后通过后验区间估计进行指标变量筛选,模拟结果表明本文方法能够有效地筛选出最终模型,为具有多重共线性的小样本偏态数据下的线性回归模型的统计推断提供了有价值的替代方案。最后应用所提方法构建了冠醚分子量化参数与铜同位素分馏系数之间的定量构效关系模型。

  • 机电工程和信息科学
    聂志勇, 孙国栋, 马波
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 124-131. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.013
    摘要 (183) PDF全文 (492) HTML (164)   可视化   收藏

    针对传统故障诊断方法通常涉及复杂的数据处理及模式定义、诊断分析时间长、可解释性差、不适用于实时生产控制等问题,提出一种基于蒙特卡洛树搜索和大语言模型的设备运行故障诊断方法。将设备运行故障问题建模为一个搜索空间,将设备可能的运行状态以及故障的不同原因表示为状态,将操作行为和决策行为定义为状态的转移,进而使用蒙特卡洛树搜索来模拟设备在特定状态下的运行逻辑树,从而模拟设备的运行、故障检测和执行操作。利用大语言模型中的先验知识以及推理能力模拟设备在当前状态下的运行,同时生成模拟运行的结果,包括可能的故障和其他关键信息,最后对模拟的结果进行评估,为每个状态分配一个适当的分数,表示其在解决问题中的价值。结合语言模型的生产能力输出自然语言的诊断解释和建议,有效提升了诊断方法的可解释性以及实时性,并提高了检查效率和检测准确度。将所提方法应用于大型煤矿设备运行故障诊断上,与传统蒙特卡洛树搜索方法、微调Llama2语言模型推理方法和Llama2直接推理方法相比准确率分别提升了5.9%、12.2%和23.3%,任务成功率分别提升了9.3%、21%和28%。

  • 机电工程和信息科学
    路仕钰, 杨立国
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 114-123. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.012
    摘要 (59) PDF全文 (84) HTML (53)   可视化   收藏

    间歇过程模态的合理划分能提升多模态质量变量预测模型的准确性,对保证产品质量具有重要意义。现有的模态划分方法没有充分考虑过程数据的非线性、时序性与动态特征,影响了模态划分结果的合理性。因此,提出一种基于非抽样提升小波包瞬时频率响应函数(undecimated lifting scheme packet‑instantaneous frequency response function,ULSP-IFRF)的间歇过程模态划分方法。首先,利用非抽样提升小波包变换对间歇过程数据进行时频域分解,结合信息熵及模态划分评价指标构建最优分解层数判别规则;然后,引入小波域瞬时频率响应函数值表征间歇过程的动态时变特性,进而利用模糊C均值聚类算法对小波域IFRF值进行无监督聚类,实现间歇过程的模态划分;最后,通过青霉素发酵过程实验验证了所提方法模态划分结果的合理性。

  • 机电工程和信息科学
    江志英, 黄震宇, 宋晨炜, 张泽宇, 韩众和, 谷伟伟, 龚启航, 刘思叶, 赵妍
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 105-113. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.011
    摘要 (203) PDF全文 (679) HTML (173)   可视化   收藏

    大语言模型因其出色的理解和生成能力被广泛应用于自动化智能助手的开发。然而,它们在处理复杂问题时,常因训练数据庞杂等局限性而难以调用正确的工具和生成准确的函数名称及参数。为了提高在对复杂问题进行任务规划时模型生成工具调用的准确性,提出一种基于思维链的提示方法—思维代码(Reasoning to Annotation and Coding, ReACo),充分利用预训练的数据,通过代码和注释结合的任务规划提示方式增强语言模型对复杂任务的理解能力,并基于此提出一种新的大语言模型思维提示框架ReACoGPT。基于ReACoGPT提示的语言模型能够准确调用多个插件,依据事实提供富有逻辑的任务规划能力,从而在保持任务规划逻辑性的同时准确使用需求的真实数据。实验结果表明,相较于现有方法,ReACoGPT在RestBench数据集上的正确率、正确路径率及解决长度等多项指标得到提高,证实了ReACo提示方式能够增强大语言模型的规划和推理能力,有效利用大量训练数据对任务进行有效规划,促进了大语言模型在工具学习方面的进一步发展。

  • 机电工程和信息科学
    陶金福, 陈良超, 陆新元, 杨剑锋
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 96-104. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.010
    摘要 (105) PDF全文 (140) HTML (98)   可视化   收藏

    腐蚀问题极易引发炼化装置的安全隐患,甚至是严重的安全事故,因此开展针对炼化设备的快速、精准的腐蚀状态预测技术研究具有重要意义。针对多数研究基于理想实验数据以及虚拟生成数据进行腐蚀预测而忽略实际情况的问题,通过收集621组酸性水汽提装置设备腐蚀检测数据,采用一种结合合成少数类过采样与基于最近邻规则欠采样(synthetic minority over⁃sampling technique with edited nearest neighbors, SMOTEENN)的算法解决原始数据不平衡问题,基于遗传算法优化后的K⁃最近邻(genetic algorithm⁃based K⁃nearest neighbors, GA⁃KNN)算法建立设备腐蚀状态(包含腐蚀类型及腐蚀程度)预测模型。结果表明,在数据集平衡方面,SMOTEENN算法能够有效平衡数据集并提高模型对设备腐蚀状态的识别能力;在设备腐蚀状态预测方面,经遗传算法优化后的KNN(K⁃nearest neighbors)模型具有较好的预测效果,对设备腐蚀类型及腐蚀程度的预测准确率分别达到0.993 3和0.981 2。结果证明了所提模型可实现设备腐蚀综合诊断,为酸性水汽提装置腐蚀监测及检修维护提供理论指导。

  • 材料科学与工程
    吴锐, 陈凯亮, 信春玲, 何亚东, 任峰
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 88-95. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.009
    摘要 (187) PDF全文 (102) HTML (160)   可视化   收藏

    采用1,3‑亚苯基‑二噁唑啉(PBO)和均苯四甲酸酐(PMDA)联用,对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)进行反应性挤出改性。改变两种扩链剂的配比,监测扩链反应过程中转矩流变仪的转矩变化,并结合动态流变测试、结晶性能测试和力学性能测试,分析了扩链改性对PET分子链结构以及力学性能的影响。结果表明,PBO/PMDA扩链改性PET样条最大的冲击强度可达到73.42 kJ/m2,相比于PMDA扩链改性PET增大103.1%,为工业化发泡用PET的挤出改性提供一定的参考作用。

  • 材料科学与工程
    王章雷, 黄从岗, 金睿珩, 胡仕凯, 赵秀英
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 80-87. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.008
    摘要 (140) PDF全文 (217) HTML (119)   可视化   收藏

    混炼型聚氨酯(MPU)凭借其分子结构可设计性、宽温域模量稳定性及阻尼温域/性能可调节性成为优异阻尼材料,现有研究多聚焦于软硬段种类与比例调控,但基于硫化配方优化的阻尼性能调控研究仍显不足。以3-甲基四氢呋喃/四氢呋喃共聚醚二醇(3MPTMG)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和三羟甲基丙烷单烯丙基醚(TME)为原料,合成了3MPTMG-MPU生胶,并设计了不同硫磺用量的硫化配方制备的3MPTMG-MPU阻尼材料。采用傅里叶变换红外光谱、热重分析、差示扫描量热、动态力学分析和拉伸试验对该材料性能进行了评价。实验结果表明:当硫磺用量从2.5份/百份橡胶减少到0.5份/百份橡胶时,该材料的玻璃化转变温度从-39 ℃降低到-51 ℃,最大损耗因子由0.82提高至1.02,增幅达24.4%。本研究为高性能MPU阻尼材料的设计和制备提供了新的思路。

  • 化学与化学工程
    秦绪光, 王雪, 陈锋, 李磊, 宋维燕
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 65-79. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.007
    摘要 (117) PDF全文 (167) HTML (98)   可视化   收藏

    工程质量直接影响和制约着大型已建石化装置“安、稳、长、满、优”运行,但现有评估技术的精度较低,难以保障其连续平稳化生产和效益最大化产出。为此,提出了一种基于遗漏-贝叶斯推理的石化装置工程质量定量评估方法。首先,筛选所评估装置的各层级工程质量指标,重点对指标层和准则层进行系统化分析,以获取相应的指标水平;其次,将评估指标体系转化为贝叶斯网络(BN)模型,进而引入Leaky Noisy‑or Gate(LNoG)理论,构建遗漏-贝叶斯推理模型;然后,根据准则层的指标分析及权重分配结果,确定推理模型的节点和条件概率;最后,利用贝叶斯公式对石化装置工程质量进行定量评估。以某环氧丙烷装置泄漏爆炸事故、乙二醇装置爆炸事故和原料油缓冲罐燃爆事故为实际案例,对遗漏-贝叶斯推理模型进行验证,结果显示这些工程均属于危险性工程,与事故评定结果相符。比较了模型综合评价法、灰色关联度评价法、传统贝叶斯推理模型和遗漏-贝叶斯推理模型对某环氧丙烷装置泄漏爆炸事故的评价效果,结果表明,与其他方法相比,基于遗漏-贝叶斯推理的石化装置工程质量评估方法具有更高的有效性、合理性和准确性。

  • 化学与化学工程
    李成刚, 赵海涛, 田浩, 滕达, 申梓刚
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 55-64. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.006
    摘要 (139) PDF全文 (127) HTML (120)   可视化   收藏

    基于卡利普索结构预测程序和密度泛函理论,系统地研究了Mg3B n 0/ -n=1~8)团簇的几何结构、稳定性和特性。首先,基于CCSD(T)/aug-cc-pvdz//B3LYP/6-311+G(d)下单点能的计算,Mg3B3 - 和Mg3B4 -团簇全局极小结构具有平面二维结构,其他团簇均呈现三维结构。当n=3、6、8时,中性和阴性团簇分别具有相同的对称性结构。其次,基于平均键能、二阶能量差分和HOMO-LUMO 能隙分析,Mg3B6和Mg3B7 - 团簇在各自体系中具有相对高的稳定性。电荷和键级分析表明,电荷由镁原子向硼原子转移,B-B之间作用均为共价键,硼原子的加入削弱了镁原子之间的作用力。基于Multiwfn软件,拟合出了体系的光电子能谱、红外和拉曼光谱。最后,通过对Mg3B6和Mg3B7 - 团簇的热力学特性分析发现,随着温度升高,定容热容和标准熵随之增大,温度和两者之间分别存在近似二次函数关系。

  • 化学与化学工程
    张佳雯, 丁忠伟, 刘丽英
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 45-54. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.005
    摘要 (279) PDF全文 (211) HTML (248)   可视化   收藏

    通过4,5‑二氯咪唑(DcIM)部分取代ZIF⁃8的配体2‑甲基咪唑(HmIM)制备了ZIF⁃8⁃71杂化配体晶体,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对其进行了表征。将ZIF⁃8⁃71作为晶种通过晶体二次生长法在α‑Al2O3陶瓷管载体的内表面诱导制备了ZIF⁃8膜,并考察了晶种液浓度和膜生长液流速对ZIF⁃8膜层微观形貌和气体分离性能的影响。结果表明:当配体取代率为50%时,ZIF⁃8⁃71晶体的粒径分布均匀,可填充在大孔载体表面,修补载体的表面缺陷,形成致密的晶种层;随着ZIF⁃8⁃71晶种液浓度升高,形成的ZIF⁃8膜层厚度增大,当晶种液的质量分数为0.1%时,膜层均匀致密,表面平整光滑;膜生长液流速过低或过高时均难以生成连续、光滑的膜层,在0.333 mL/min的流速下生成的ZIF⁃8膜层呈现良好的致密性与连续性;在优化条件下以ZIF⁃8⁃71作为晶种制备的ZIF⁃8膜层的H2渗透量为4.73×10-6 mol/(Pa·s·m2),H2/CO2、H2/N2、H2/CH4的理想选择系数分别为6.32、8.75、12.12,其气体分离性能优于以ZIF⁃8为晶种制备的ZIF⁃8膜层。

  • 化学与化学工程
    蔡洪雨, 吴慧雄, 樊松林
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 34-44. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.004
    摘要 (179) PDF全文 (140) HTML (155)   可视化   收藏

    针对传统变压精馏分离碳酸二甲酯/甲醇共沸物存在的高能耗问题,采用Aspen Plus软件对变压精馏工艺的常规热集成工艺、中间再沸器式热泵精馏与常规热集成的耦合工艺、常规热泵精馏、常规热泵精馏与中间再沸器的耦合工艺进行了模拟计算,并以年度总成本(TAC)和二氧化碳排放量为指标评价了不同工艺的改进效果。结果显示,当设备折旧年限为3年时,在第16块塔板增加中间再沸器的热集成耦合工艺最具经济效益,TAC为22.73×106元/a,相比原变压精馏工艺降低了43.06%;当设备折旧年限为5年时,采用二级压缩常规热泵精馏与中间再沸器耦合的工艺具有最佳的经济效益,TAC为21.02×106元/a,相比原变压精馏工艺降低了47.34%,二氧化碳排放量为3.01 t/h,相比原变压精馏工艺降低了76.13%;当设备折旧年限为8年时,二级压缩常规热泵精馏与中间再沸器耦合工艺的TAC最小(17.50×106元/a),相比原变压精馏工艺降低了56.16%。

  • 化学与化学工程
    王昊, 杜增智
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 26-33. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.003
    摘要 (186) PDF全文 (310) HTML (156)   可视化   收藏

    低温甲醇洗作为脱除酸性气体、提纯氢气的工艺方法被广泛采用,但该工艺存在能耗大、操作成本高等问题,这在低温甲醇洗装置的脱酸气吸收剂回收系统上尤为突出。为此,以脱酸气吸收剂回收系统作为研究对象,采用Aspen Plus对该系统进行流程建模,在80%焦+20%煤炭的进料条件下,关键参数的模拟结果与工厂实际数据间的相对误差均小于5%,验证了模型的可靠性。选取热再生塔质量回流比、热再生塔塔顶采出量和甲醇水分离塔塔顶采出量作为优化变量,年总公用工程费用和循环甲醇中H2S含量为优化目标,建立了Python与Aspen Plus联用的多目标优化框架,并采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对脱酸气吸收剂回收系统进行多目标优化。采用本文的方法对3种进料配比的工况(100%焦、80%焦+20%煤炭、100%煤炭)进行优化,结果表明,随着进料中焦占比减小,原料中H2S含量减少,操作条件中热再生塔质量回流比增大,热再生塔塔顶采出量减小,甲醇水分离塔塔顶采出量先变大后减小,年总公用工程费用和循环甲醇中H2S含量均降低。研究结果可为进料配比变化情况下脱酸气吸收剂回收系统的操作参数变更提供决策依据。

  • 综述
    后天, 邱琳雯, 周新珏, 王磊
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 14-25. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.002
    摘要 (269) PDF全文 (706) HTML (235)   可视化   收藏

    皮肤损伤修复是一个复杂的生物学过程,研究促进慢性和难愈合皮肤创伤的自我修复方法具有重要的临床应用价值。外泌体是细胞分泌产生的一类胞外囊泡,是介导细胞间通讯的关键介质。其中干细胞外泌体具有调控免疫反应和炎症反应、促进伤口血管生成、加速皮肤细胞增殖和再上皮化、抑制瘢痕增生的作用,在皮肤损伤修复领域具有极大的应用潜力。本文综述了干细胞外泌体在皮肤损伤修复过程中的调节作用和分子机制,总结了干细胞外泌体在治疗慢性和难愈合皮肤创伤中的临床应用,并展望了其未来的发展方向。

  • 特约综述
    梁思韫, 曲宇辰, 杨沛文, 宋粲, 李刚, 杨小平, 李庆
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(3): 1-13. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.03.001
    摘要 (284) PDF全文 (781) HTML (258)   可视化   收藏

    碳纤维是关乎国家安全必须自主保障的关键战略材料,必然变成复合材料才能实现其高性能和高附加值。从碳纤维、树脂基体及二者之间的界面3个要素出发,简述了碳纤维树脂基复合材料国内外研究进展,介绍了北京化工大学先进复合材料研究中心(ACC)在碳纤维树脂基复合材料方面的高性能化研究工作,其中包括新型界面相构筑及界面相容新机制、高性能树脂基体的关键制备技术。并重点介绍了北京化工大学“碳纤维”录取通知书的制备工艺和流程,包括环氧树脂合成制备、碳纤维预浸料制备、预浸料铺层设计、复合材料板材成型以及表面印刷等。最后展望了碳纤维树脂基复合材料的未来发展方向。

  • 管理与数理科学
    程丽丝, 李志强
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(2): 116-123. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.02.013
    摘要 (107) PDF全文 (93) HTML (100)   可视化   收藏

    为了解决一类参数变系数区域分位数回归的统计推断问题,基于加权复合分位数回归的思想,提出一类参数变系数区域分位数回归模型参数的有效估计算法,并利用随机加权重抽样方法构造出有限样本下模型参数显著性检验的拒绝域。数值模拟结果表明,本文所提出的检验统计量能够有效地筛选出模型中的协变量。最后将本文方法应用于海外留学数据,分析了各个因素在不同分位数下对录取机会的影响,从而选取出对录取机会有显著影响的因素。