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2018年, 第45卷, 第4期 刊出日期:2018-07-20
  

  • 全选
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    化学与化学工程
  • 李群生, 安永胜, 李家兴, 谢磊, 张保勇, 赵洪康
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 1-7. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.001
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    利用Aspen Plus流程模拟软件对煤制乙二醇副产物杂醇油回收工艺进行模拟研究,选用非随机双液体(NRTL)热力学方法对煤制乙二醇副产物杂醇油回收工艺进行了模拟计算,应用灵敏度分析工具分别对甲醇回收塔(T-101)、萃取精馏塔(T-102)、乙二醇回收塔(T-103)的理论板数、进料位置、回流比等参数进行了优化,优化后的参数为:甲醇回收塔塔板数50,回流比3.6,进料位置第20块塔板;萃取精馏塔的塔板数25,回流比2.3,进料位置第14块塔板;乙二醇回收塔的塔板数9,回流比0.24,进料位置第7块塔板。经济效益分析表明,年处理2.4万t杂醇油可为企业带来每年约894.87万元的收益,显著提高企业的市场竞争力。
  • 王超, 周俊波, 唐阳
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 8-13. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.002
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    不同槽电压与电解液流量条件下,对HDGN膜、HDCMI膜、HDNAF膜与HDJCM膜4种全氟磺酸型阳离子交换膜在电解制备过硫酸铵中的电解性能进行实验研究,以提高其电流效率并降低电耗。实验采用自制电解槽,以烧结镀铂钛极板作为阳极,铅锑锡合金作为阴极,实验结果表明:在最优工况下HDGN膜可以将电流效率提高至95%,电耗降低至1 113 kW·h/t(生产每t过硫酸铵的电耗);HDCMI膜、HDNAF膜与HDJCM膜的最高电流效率分别可以达到73%、78%与81%,所对应的最低电耗分别为1 770 kW·h/t、1 506 kW·h/t与1 305 kW·h/t。并且HDGN膜由于含有增强网布,从而具备足够的机械强度。因此,在电解制备过硫酸铵生产过程中HDGN膜具有良好的工业化应用前景。
  • 陈潇玉, 耿志浩
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 14-19. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.003
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    通过基于密度泛函理论(DFT)+U的第一性原理方法研究了单原子Co在TiO2(101)面的掺杂位置和方式、几何结构和整体能量以及掺杂后产物的制氢反应机制,得到了稳定且易出现的单原子修饰结构,即单原子Co吸附在4个O组成的表面空隙的中心位,记为Co/TiO2(101)。进一步对Co/TiO2(101)的析氢反应过程和性能进行研究,确定了当且仅当TiO2(101)面完成表面羟基化反应后,H原子全覆盖的TiO2(101)表面才能进行后续的析氢反应;此时单原子Co是唯一的反应位点,整体的制氢反应自由能ΔGH*比Co(111)面更加趋近于0,显示出其具有远优于金属Co的催化性能。此外,Co和TiO2间的电荷转移和相互作用使TiO2带隙出现新的掺杂能级,可带来作为光催化基材的TiO2光吸收性能的改善。
  • 郭婷, 黄克谨, 苑杨, 钱行, 陈海胜, 张亮, 王韶峰
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 20-24. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.004
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    双反应段精馏塔(RDC-DRS)具有十分复杂的稳态与动态特性,给温度控制系统的综合与设计带来极大困难。为解决这一问题,提出了一种基于稳态偏差最小原理的温度控制系统的综合与设计方法。该方法主要通过单变量搜索找到使稳态偏差达到最小值的被控塔板位置,进而设计出RDC-DRS温度控制系统。稳态偏差设计温度控制系统可以很好地体现产品浓度与温度之间的对应关系,从而设计出有效可行的温度控制方案。通过与常规灵敏度分析方法设计的温度控制系统的控制效果对比,证明了该方法可以实现对RDC-DRS产品质量的严格控制。
  • 朱维强, 吴慧雄, 金孟笛, 李复
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 25-29. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.005
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    对以生物质热解气为原料的低温甲醇洗工艺进行模拟和研究,热解气主要成分为CO2、H2、CO、H2S、COS和水等。采用Aspen plus对低温甲醇洗工艺进行全流程模拟,通过对比分析可知,模拟结果与实际值基本吻合。针对原工艺H2S浓度低的问题,提出两个改进方案以提高H2S的浓度:①提高气提塔的N2流量;②在气提塔后添加一个闪蒸罐,气提塔塔底的甲醇溶液经过加热和闪蒸后再进入甲醇再生塔。结果表明改进方案可以大大提高再生气中H2S的浓度。
  • 材料科学与工程
  • 向声燚, 焦志伟, 刘晓军, 李飞, 苗剑飞, 杨卫民
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 30-35. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.006
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    应用熔融沉积成型技术(FDM)制备羟基磷灰石(HA)/聚己内酯(PCL)组织工程支架,探讨其内部结构和力学性能。以羟基磷灰石和聚己内酯为原料,采用熔融共混技术分别制备HA质量分数为20%的nano-HA/PCL和micro-HA/PCL复合材料,使用自主研发的熔体微分FDM 3D打印机制备HA/PCL复合材料组织工程支架。通过显微镜观察发现,所制备的nano-HA/PCL和micro-HA/PCL组织工程支架具有均匀分布且相互连通的近似矩形的孔隙。nano-HA/PCL和micro-HA/PCL组织工程支架的断面图分析结果表明,nano-HA/PCL组织工程支架中HA粒子分布均匀,而micro-HA/PCL组织工程支架中HA粒子发生了团聚,导致nano-HA/PCL组织工程支架的拉伸强度和弯曲强度均高于micro-HA/PCL组织工程支架。因此,利用熔体微分FDM 3D打印机打印生物活性nano-HA/PCL复合材料组织工程支架在骨组织工程中具有潜在的应用前景。
  • 赵博文, 陈东梁, 陈婧, 张东胜, 徐鹏
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 36-40. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.007
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    通过水热法合成了氧化石墨烯-金纳米粒子复合物,利用透射电镜和紫外光谱对其进行表面特征和吸收特征分析,并以结晶紫为探针分子,利用拉曼技术分析其拉曼活性。研究结果表明,实验得到的氧化石墨烯-金纳米粒子复合物可以成功检测到10-4 mol/L的结晶紫溶液,具有良好的拉曼活性。
  • 张晓杰, 方斌, 袁双龙
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 41-46. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.008
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    在次亚磷酸钠-硫酸铜溶液的反应体系中加入小分子型诱导剂,制备了高径厚比的铜纳米片,并将其分散于丙烯酸/环氧复合树脂中制成导电胶。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征铜纳米片的结构与形貌,采用电阻测试仪测定导电胶的导电性能,研究了诱导剂种类及浓度、反应体系的pH值对铜纳米片形貌的影响,并分析了铜纳米片的形成过程。结果表明:诱导剂胸腺嘧啶的加入及合适的pH是制备铜纳米片的关键;胸腺嘧啶的浓度及pH过低或过高时,均会导致产物中片状铜粉比例减少,颗粒状铜粉比例增加。获得高质量的铜纳米片的最佳条件为:胸腺嘧啶的浓度1.5 mmol/L,pH 1.5,反应时间2 h。此条件下所得的铜纳米片表面平整,厚度为50~100 nm,直径约为15 μm,以此铜纳米片制得的导电胶比球磨法片状铜粉制成的导电胶有着更好的导电性。
  • 生物技术与环境工程
  • 林萍, 侯晨涛, 柳文莉
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 47-53. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.009
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    通过溶胶-凝胶法制备氟氧钛(TiOF2)花状纳米球,采用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析仪(FT-IR)和固体紫外漫反射仪(UV-Vis DRS)等手段对TiOF2花状纳米球进行表征分析,并通过实验探究了不同条件下TiOF2对甲基橙染料废水的光催化降解性能。在300 W氙灯模拟太阳光照射2.5 h条件下,质量浓度0.5 g/L TiOF2光催化剂对初始质量浓度20 mg/L、pH呈中性、体积为100 mL的甲基橙染料废水在20 ℃反应条件下降解效果最佳,催化降解率可达97.3%。此结果说明所制备的TiOF2光催化剂对甲基橙染料废水具有良好的光催化活性。
  • 张宪, 石凤琼, 王博卉, 闫宏远
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 54-58. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.010
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    采用大气颗粒物分级采样器在同一地点连续采集灰霾天北京海淀城区空气样品,调研了空气中溴代二恶英(PBDD/Fs)的污染水平和在不同粒径颗粒物上的分布特征。研究结果表明:灰霾天城区空气样品中PBDD/Fs的质量浓度为1 535~6 053 fg/m3;PBDD/Fs的浓度随着颗粒物粒径(aerodynamic diameter,dae)的减小而增加,在dae<1.0 μm的颗粒物上浓度最高,80%以上的PBDD/Fs分布在dae<2.5 μm的颗粒物上;PBDD/Fs在不同粒径颗粒物上的含量不等,但均以高溴代二苯并呋喃(PBDFs)为主,且其所占比例随颗粒物粒径的增加而减小,然而多溴代二苯并-对-二恶英(PBDDs)在不同粒径颗粒物上的分布差异性却不显著。
  • 机电工程和信息科学
  • 王庆峰, 何立东
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 59-64. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.011
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    基于稳态计算流体动力学(CFD)方法,研究了压差对旋转直通式迷宫气封泄漏、流场和流场力的影响。通过网格密度分析验证了稳态CFD方法满足计算精度要求,通过影响和敏感度分析给出了压差的变化对泄漏量、流场速度流线、总压强分布、流体压力和流体粘滞力的影响。研究结果表明:随着压差的增大,泄漏量、径向流体压力、轴向流体压力、总流体压力、径向流体粘滞力、轴向流体粘滞力和总流体粘滞力均增大。
  • 余栋栋, 何立东, 万方腾, 陈钊, 范文强
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 65-70. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.012
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    针对旋转机械常见的转子不对中故障,设计了一种弹性阻尼支承—整体式挤压油膜阻尼器(ISFD),研究ISFD弹性阻尼支承对转子不对中故障的振动抑制效果。运用有限元方法分析转子不对中力学模型,搭建单跨双支承转子实验台,模拟转子不对中故障,并对ISFD弹性阻尼支承的减振特性进行实验研究。实验结果表明:不对中故障导致转子振动增大,ISFD弹性阻尼支承可以有效减小振动,转子一倍频的降幅达到90.0%,二倍频的降幅达到97.5%。
  • 江志农, 魏东海, 王磊, 赵志超, 茆志伟, 张进杰
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 71-75. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.013
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    采用一种自适应局部有效值(RMS)计算方法提取柴油机缸盖振动信号时域特征,结合分类回归树(CART)算法建立故障分类模型并进行柴油机的状态识别。通过实验获取柴油机失火和撞缸两种故障工况及正常工况下的振动数据,计算出原始信号的局部RMS后,根据自适应阈值确定点火冲击区域和非点火上止点冲击区域提取局部特征,最后将特征输入CART算法中构建分类模型来验证所提取特征的有效性。结果表明:柴油机在3种状态下的识别率均达到100%,基于CART算法和局部特征提取的方法能够有效诊断柴油机故障。
  • 范正天, 王磊, 赵志超, 夏敏, 刘小波, 茆志伟
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 76-81. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.014
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    针对柴油机故障特征易受到环境、载荷等因素的干扰,从而导致许多传统意义上的故障特征参数不再敏感的问题,提出了一种基于缸盖振动信号包络线相关分析的柴油机故障预警方法,对一台6缸柴油机的缸盖振动信号对比了希尔伯特变换和n阶极值插值两种方法的包络线提取效果,并对其包络线进行相关分析,得到了相似系数、距离标准差以及余弦相似度等相关分析结果。研究结果表明:在传统特征参数不敏感的情况下,相关分析可以更好地反映机组的故障状态。本文研究结果可为实现柴油机故障的早期预警奠定基础。
  • 侯旭珂, 杨宏伟, 马方, 赵丽娜
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 82-85. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.015
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    为恢复被混合噪声污染的低秩矩阵,提出了一种新的广义鲁棒主成分分析(GRPCA)算法。它通过最小化核范数、1范数和2,1范数的组合问题,从观测矩阵中分离出低秩部分和混合噪声部分,并用随机排序的交替方向乘子法求解。利用本文方法进行垃圾邮件分类的实验结果表明,与经典的主成分分析(PCA)和鲁棒主成分分析(RPCA)算法相比,本文方法可以有效提高垃圾邮件分类的精确度和稳定性。
  • 李君, 李俊, 赵训波, 王学伟, 汪应春, 王琪
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 86-93. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.016
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    主要针对在非同步采样情况下基波与谐波测量中的频谱泄露问题,提出一种基于离散傅里叶变换(DFT)插值的非整数延迟带通滤波器设计方法,用于提高电网电压基波分量的测量准确度。该方法采用DFT递推方式来降低滤波器传递函数计算的复杂度;同时考虑被测信号频率波动对插值参数的影响,提出被测信号幅值参量计算公式来提高滤波器对基波频率波动的适应性。仿真结果表明:与线性插值方法相比,本文方法的滤波准确度提高了23.3%;滤波之后,用于基波电压测量和频率估计的准确度较线性插值方法分别提高了44.8%和41.7%,说明非整数延迟滤波器用于基波电压测量与频率估计可以有效降低谐波干扰。
  • 张文, 杜宇航, 李自强, 陈进东
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 94-98. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.017
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    在广泛调研以往互联网舆情系统存在的一些问题和不足的基础之上,研发了一套互联网舆情深度分析与引导系统DeepOpinion。该系统从用户、主题、情感三个方面对互联网舆情进行分析,并通过信息检索和内容定制技术对所关注的网络舆情进行适当引导。以天涯杂谈板块为网络舆情来源、以“辱母杀人案”事件为具体案例对系统功能进行了验证,结果表明DeepOpinion系统在互联网舆情深度分析与引导中发挥重要作用。
  • HOU XiaoLing, YUAN HongFang
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 99-107. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.018
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    Multiple faults are easily confused with single faults. In order to identify multiple faults more accurately, a highly efficient learning method is proposed based on a double parallel two-hidden-layer extreme learning machine, called DPT-ELM. The DPT-ELM method is a variant of an extreme learning machine (ELM). There are some issues with ELM. First, achieving a high accuracy requires too many hidden nodes; second, the direct connection between the input layer and the output layer is ignored. Accordingly, to deal with the above-mentioned problems, DPT-ELM extends the single-hidden-layer ELM to a two-hidden-layer ELM, which can achieve a desired performance with fewer hidden nodes. In addition, a direct connection is built between the input layer and the output layer. Since the input layer weights and the thresholds of the two hidden layers are determined randomly, this simplifies the improved model and shortens the calculation time. Additionally, to improve the signal to noise ratio (SNR), an adaptive waveform decomposition (AWD) algorithm is used to denoise the vibration signal. Then, the denoised signal is used to extract the eigenvalues by the time-domain and frequency-domain methods. Finally, the eigenvalues are input to the DPT-ELM classifier. In this paper, two groups of rolling bearing data at different speeds, which were collected from a real experimental platform, are used to test the method. Each set of data includes three single fault states, two complex fault states and a healthy state. The experimental results demonstrate that the DPT-ELM method achieves fast learning speed and a high accuracy. Moreover, based on 10-fold cross-validation, it proves to be an effective method to improve the accuracy with fewer hidden nodes.
  • 管理与数理科学
  • 郑明煊, 江新华
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 108-114. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.019
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    建立了以乙醇、乙醛为原料,合成正丁醇的Guerbet反应数学模型。证明了模型正平衡点的存在性,分析了反应器流速、投料比对模型平衡点及其稳定性的影响,模拟了正丁醇选择性、收率与乙醇转化率随接触时间、投料比的变化状况。结果表明:在接触时间确定的情况下,可以通过调节投料比使正丁醇选择性、收率与乙醇转化率达到较高水平。
  • 张佳文, 张桂芳, 赵丽娜
    北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(4): 115-120. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.04.020
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    与六自由度并联机构相比,三自由度并联机构结构简单、易于控制、制造成本低,发展前景广阔。并联机构位置正解研究可为机构的设计提供必要的依据,然而到目前为止,Stewart平台位置正解的求解问题还未彻底解决。采用基于图论的自由度分析法和基于吴消元法的符号计算方法,研究了平面广义Stewart平台的位置正解求解策略。先将平面广义Stewart平台的位置正解问题转化为约束图,再对约束图进行完整约束完备化,生成构造序列,降低同时求解的方程组规模,并用吴消元法求得方程组对应的闭形解。最后对平面广义Stewart平台位置正解进行了基于MapleSim软件的仿真,用实例验证了方法的有效性。