2019年, 第46卷, 第1期　刊出日期：2019-01-20

  

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化学与化学工程
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  SCA型高效规整填料的开发及其性能研究

  舒亚胜, 杨硕, 李群生, 石殷, 高鹰, 田馨, 郭鑫宇, 尹建平

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 1-8. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.001

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  研究开发了一种新型金属丝网波纹填料—直线与弧线交替（SCA）型规整填料，该填料为独特的弧线与直线交替式结构，兼具了直线、弧线型等多种典型填料的优点。在透明的树脂玻璃塔内进行冷态模型实验，通过将700、800、1 000 m²/m³的3种大比表面积的SCA型填料与传统填料进行比较，研究其流体力学性能与传质性能。实验对比结果显示：在相同操作条件下，SCA700型填料的干塔压降仅为传统CY型填料的67.8%，平均降低了32.2%；湿塔压降仅为传统CY型填料的65%，平均降低了35%；液泛气速平均高出20%，等板高度值平均减小了近24%。上述结果表明，SCA型填料兼顾了填料的传质性能与流体力学性能，在减小压降、增大操作弹性与传质效率方面均有显著进步。
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  导向梯形喷射填料式塔板的流体力学与传质性能研究

  杨硕, 舒亚胜, 李群生, 张保勇, 石殷, 程闯, 亓军

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 9-15. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.002

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  结合导向孔、填料和立体塔板的优点，设计了一种导向梯形喷射填料式塔板（FTS-PT），在直径为500 mm的有机玻璃塔内采用空气-水-氧气物系进行冷模实验，分别测定了4种梯形角度实验塔板的流体力学性能（包括干、湿板压降，清液层高度，漏液，雾沫夹带）和传质效率。根据实验数据拟合得到FTS-PT塔板的干、湿板压降关联式。与新型垂直筛板和F1浮阀塔板相比，FTS-PT塔板压降较低。综合比较4种角度的导向梯形喷射填料式塔板的流体力学性能和传质效率，结果表明当梯形帽罩倾斜角度为8°时，塔板综合性能最好。
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  丙烯醛脱水萃取精馏工艺的模拟与优化

  安永胜, 乔瑞琪, 樊冰洁, 李群生, 任钟旗, 金君素, 舒亚胜, 尹建平

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 16-22. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.003

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  以二甲基亚砜（DMSO）作为萃取剂，选用UNIQUAC热力学模型对丙烯醛精馏脱水工艺进行模拟研究与优化。利用Aspen plusV9.0流程模拟软件进行模拟计算，基于全年总费用（TAC）最低原则，采用迭代优化法分别对萃取精馏塔（T-101）、溶剂回收塔（T-102）的理论板数（N_T）、进料位置（N_F）、回流比（R）等参数进行了优化，最终模拟结果为：萃取精馏塔总理论塔板数30，进料位置第25块理论板，回流比0.249，萃取剂进料位置第4块理论板，溶剂比0.183；溶剂回收塔的理论塔板数22，回流比0.232，进料位置第11块理论板；通过优化得到TAC最低为340万元/a。本文的模拟结果可以为丙烯醛脱水工艺的设计提供理论参考。
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  高剪切反应器中有机相强化KHCO₃/K₂CO₃溶液吸收CO₂研究

  冯奇, 王磊, 邵磊

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 23-28. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.004

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  在高剪切反应器（HSR）中研究了不同有机分散相对KHCO₃/K₂CO₃溶液吸收CO₂的强化效果，并考察了有机相与有机胺溶液复配使用对CO₂吸收率的影响。实验结果表明：环己烷、正庚烷对KHCO₃/K₂CO₃溶液吸收CO₂的强化效果明显，甲苯、正辛醇对KHCO₃/K₂CO₃溶液吸收CO₂则没有明显的强化效果；CO₂吸收率随HSR转速的增加而增加，随气液比、温度的增加而降低；环己烷对加入二乙醇胺活化的K₂CO₃溶液有较为明显的强化作用，CO₂吸收率最高可提高23%。与文献中不同反应器的对比表明HSR对CO₂具有较高的吸收效率。
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  弯管内成品油顺序输送混油数值计算

  王志强, 王岳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 29-36. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.005

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  为了研究弯管对成品油顺序输送混油量的影响，采用volume of fluid（VOF）多相流模型，通过改变水平弯管的弯曲角度、曲率半径与竖直双弯管油品的输送顺序、方向及速度等因素，对水平弯管和竖直双弯管两种状态下成品油顺序输送进行三维数值模拟。结果表明：成品油在不同弯曲角度水平弯管中顺序输送时，随弯管弯曲角度增大，弯管处流场变化对混油段干扰加剧，混油量加大；在不同曲率半径水平弯管中输送时，随着弯管曲率半径增大，混油“双前锋”效应减弱，顺序输送过程中的混油段也相应缩短；成品油在竖直双弯管中顺序输送时，对于油品上行，汽油前行比柴油前行产生的混油量少，对于油品下行，相同输送顺序下结果则正好相反；当油品上行、汽油前行时，增大油品输送速度，紊流径向脉动加剧，油品间轴向扩散减小，混油段明显变短。
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  箭型排布的矩形微槽平板上液膜流动特性

  蒋斌, 杨立

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 37-41. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.006

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  光滑平板降膜受表面张力和接触角的影响易收缩成溪流，导致传热表面出现干斑，为解决这一问题，提出箭型排布的矩形微槽平板。通过可靠的computational fluid dynamics（CFD）计算模拟两相流理论，建立三维非稳态平板降膜数学模型，研究了箭型排布的矩形微槽平板上的液膜流动特性，并探究了微槽宽度、深度及箭型夹角对液膜在平板上铺展效果的影响。结果表明：箭型排布的矩形微槽可有效增大液膜在平板横向的铺展面积，使液膜润湿面积增大，减少平板表面干斑；在120°箭型结构下，矩形微槽最优参数为宽0.5 mm，深0.3 mm，此时可将比湿面积由光板表面的62%~89%提高到84%~94%；低雷诺数时，120°箭型结构对液膜横向铺展引导效果显著，雷诺数增大时，90°箭型结构引导效果更好。
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  宽度交替变化扭旋元件对管内传热特性的影响

  王宗勇, 陈科昊

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 42-48. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.007

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  在雷诺数Re=200~1 800范围内，利用数值模拟方法对内置宽度交替变化扭旋元件的管内传热性能进行研究，研究结果表明：宽度交替变化扭旋元件能够显著提升努赛尔数Nu和传热性能评价因子η，与光管相比分别提高2.2~5.2倍和1.4~2.2倍；换热管局部努赛尔数沿流向呈速降—缓降—速升—缓降—恒定的变化规律，上升速率随扭旋元件径比的增大而提高，而降低速率与径比关系较小；局部努赛尔数在扭旋元件后方半个元件长度处达到最大值，该长度可作为间隔扭旋元件优选间距；流体在窄扭旋元件以及前后反向扭旋元件作用下，形成主、次螺旋流共存流动，局部流线向中心倾斜，径向流动加强，传热得到强化。
材料科学与工程
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  石墨烯/二氧化锆纳米复合材料的制备及其防腐性能研究

  张海永, 吕心顶, 郑言贞

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 49-55. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.008

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  采用静电吸附与水热法制备一种石墨烯/二氧化锆（rGO/ZrO₂）复合材料，将所制备的rGO/ZrO₂作为填料加入环氧树脂涂料中，得到环氧复合防腐涂料。通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）及红外光谱（FI-IR）分析rGO/ZrO₂的结构及微观形貌，采用电化学阻抗谱（EIS）分析rGO/ZrO₂环氧涂层的防腐性能。结果表明：ZrO₂纳米颗粒均匀分散在rGO上，平均粒径约为5~10 nm；与纯环氧涂层、rGO环氧涂层、ZrO₂环氧涂层相比，rGO/ZrO₂环氧涂层的防腐性能最好，其阻抗值为7.00 GΩ·cm²。
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  WO₃/TiOF₂复合催化剂的制备及其光催化性能研究

  侯晨涛, 宋乔乔

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 56-62. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.009

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  采用酞酸丁酯、氢氟酸、无水乙醇、钨酸钠和十六烷基三甲基溴化铵为原料，通过水热法制备了WO₃/TiOF₂复合光催化剂，用X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、固体紫外漫反射（UV-vis DRS）、荧光光谱（PL）等分析手段对WO₃/TiOF₂复合催化剂进行了表征；利用罗丹明B的脱色降解研究了WO₃/TiOF₂复合催化剂的光催化性能；通过罗丹明B溶液的紫外可见吸收光谱（UV-Vis）变化研究了催化剂作用下罗丹明B的脱色机理。在加入0.1 g复合催化剂和模拟太阳光源照射下，初始质量浓度为10 mg/L的罗丹明B溶液在2.5 h内降解了95.8%，光催化的性能优异，说明制备的WO₃/TiOF₂复合光催化剂有良好的太阳光催化应用前景。
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  低密度气凝胶的高温结构变化及其耐温性研究

  艾素芬, 孙言, 雷尧飞, 沈宇新, 宫顼

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 63-68. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.010

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  以正硅酸乙酯为原料，采用二步法制备了密度为30 kg/m³的二氧化硅低密度气凝胶块体材料。将低密度气凝胶分别在100、400、600、700、800、900、1 000 ℃下处理后，使用扫描电子显微镜（SEM）、氮吸附等手段表征高温下低密度气凝胶微观结构变化趋势，并与同等条件下处理的密度为100 kg/m³气凝胶的比表面积进行对比。结果表明：在处理温度超过700 ℃后，低密度气凝胶比表面积出现明显下降，纳米多孔结构出现收缩和坍塌，因此其高温耐受温度为700 ℃。虽然密度为30 kg/m³的二氧化硅气凝胶材料具有更为纤细的网络结构和更高表面活性的纳米组成颗粒，但是由于高温下纳米颗粒反应收缩程度大于纳米颗粒尺寸效应，其表现出与100 kg/m³密度的气凝胶材料相同的耐温性。
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  含聚乳酸软段聚氨酯材料的结构与性能研究

  石磊, 张若愚, 朱锦, 汤兆宾, 王文钦

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 69-75. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.011

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  以左旋丙交酯（L-LA）为原料，首先合成左旋聚乳酸二元醇（PLLA），然后以PLLA、聚四氢呋喃二元醇（PTMG）为软段，4，4'-二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、1，4-丁二醇（BDO）为硬段，采用二步法合成一系列含PLLA软段的聚氨酯化合物。通过核磁氢谱、红外分析、差示扫描量热仪、力学性能测试等手段确认并分析了含PLLA软段的聚氨酯弹性体结构与性能的关系。结果表明，软段的性质如玻璃化转变温度、熔点等会明显影响聚氨酯材料的玻璃化转变温度和熔点；虽然刚性软段PLLA可以显著提升聚氨酯材料的力学性能，但是也会导致材料在大应变下的首次回复性能大幅下降。
机电工程和信息科学
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  考虑气流激振下汽轮机转子系统碰摩动力学特性研究

  张娅, 陈康, 王维民, 姜兴安

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 76-83. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.012

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  减小密封间隙是提高透平机械工作效率的一条重要途径，但同时也会因工作间隙减小而使动静结构件之间发生碰摩故障，为此针对某实际发生碰摩故障的汽轮机转子系统构建了有限元分析模型。在考虑气流激振作用的同时，通过对系统在不同位置发生碰摩时的动力学特性进行数值模拟分析，研究不同碰摩点处发生局部碰摩时轴承处的振动特征。分析结果表明：两支撑轴承处的轴心轨迹、频谱图等特征图呈现出一定的规律，系统主要为同频周期运动，但频谱中会出现高频成分；随着碰摩点靠近轴承或转子系统中心，系统的运动越来越复杂，出现了8字形和椭圆等轨迹，时域波形图中出现了削波现象；不同位置碰摩振动现象不同，可根据轴承处的响应特征图估计出碰摩故障发生的位置。
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  海洋核动力平台稳压器内液体晃动仿真分析

  曹知, 陈平, 郝天才, 郭文星

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 84-90. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.013

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  针对海洋核动力平台在风浪流载荷联合作用下产生的动力响应带动平台上反应堆稳压器运动，引起其内部汽液介质晃动并造成反应堆压力额外波动及设备冲击等问题，采用Fluent软件建立了流体仿真模型，并基于流体体积（VOF）方法对稳压器内部液体的晃动进行数值模拟，得到了风浪流载荷不同工况下（包括极端情况）液体的晃动过程、稳压器壁面平均静压强和内部压力等参数的变化及波动范围；另外还对防晃液装置的防晃效果进行了仿真和分析，为稳压器进一步的防晃研究和安全设计提供研究基础和理论参考。
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  基于ANSYS二次开发的移动式压力容器强度高效计算

  杨猗尧, 钱才富

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 91-97. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.014

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  为提高移动式压力容器强度计算效率，同时降低ANSYS的使用难度，应用Visual Basic（VB）和ANSYS参数化设计语言（APDL），以典型的移动式压力容器——半挂车的罐体为例，开发出了基于分析设计标准的强度计算软件。利用VB自动生成APDL命令并后台调用ANSYS，封装了ANSYS复杂的建模、加载、求解和后处理等分析步骤，实现了用户输入强度计算所需的参数后便能得到计算结果和校核结果的功能。应用实例表明该软件可行有效，可用于半挂车工程设计。
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  微量Clark型溶解氧传感器透氧膜的研究

  刘翔宇, 秦宏鹏, 陈娟

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 98-103. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.015

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  设计两组实验，分别对不同材质、不同厚度的透氧膜进行氧气透过性、热收缩性、拉伸性能和耐化学介质浸泡性能的测试和评价，通过比较0.03 mm厚度的聚乙烯（PE）薄膜、聚四氟乙烯（PTFE）薄膜和聚全氟乙丙烯（FEP）薄膜以及0.045 mm和0.05 mm厚度FEP薄膜的测试数据，得出0.03 mm的FEP薄膜综合性能最优的结论。最后，将0.03 mm的FEP透氧膜放入北京华科仪科技有限公司的HK-258便携式溶解氧分析仪，与其原有商用膜进行比较，实验表明0.03 mm的FEP透氧膜具有更快的氧气透过速度和更高的氧气透过率，可以提高自制溶解氧传感器的响应速率，使自制溶解氧传感器达到10^-9级检测精度。
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  基于单幅正面照和统计模型的三维人脸重建方法研究

  苏越阳, 万静, 易军凯

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 104-109. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.016

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  为提升单张图片三维重建的效率、提高重建的精准度，提出了一种基于单张图片和统计模型的三维人脸重建技术。首先基于智能行为理解组（intelligent behaviour understanding group，IBUG），采用监督下降算法（SDM）进行训练来建立二维人脸特征点参数模型；再应用该参数模型对给定图片进行特征点提取；然后基于北京工业大学3D数据库（BJUT-3D）进行三维人脸统计模型的构建；最后，以三维人脸统计模型为基础，使用学习因子自适应梯度下降法对能量函数进行迭代优化，得到统计模型参数化向量，使用该向量来调整统计模型，实现与给定图片相匹配的三维人脸模型构建。实验证明，与现有的方法相比，本文方法重建出的三维人脸模型具有更高的精确度和自适应度。
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  管子管板检测机器人爬行脚的吊装负载能力研究

  梁丽红, 陈永康, 庄俭

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 110-116. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.017

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  在爬行机器人携带无损检测（NDT）设备的情况下，为了保证其对立式换热器管子管板角焊缝检测过程的稳定性和可靠性，重点对立式换热器管子管板检测机器人的关键机构——爬行脚的负载能力进行了数值模拟分析和实验研究，应用Hypermesh和ANSYS Workbench联合仿真平台对爬行脚在充气和自锁工况下的结构强度和接触状态进行了仿真。模拟结果表明，在负载逐渐增加的过程中，两种工况下爬行脚与换热管内壁之间没有发生滑移失效，一直保持了良好的稳定性和可靠性。同时对爬行脚实验样机进行了开发和验证，并通过两种工况下的吊装负载实验，得到充气工况最大负载为38 kg，自锁工况最大负载为15 kg，验证了其良好的稳定性。
管理与数理科学
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  供应商部分信用担保下的存货质押融资决策

  袁文燕, 韩贺, 吴军, 李健

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 117-123. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.018

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  根据供应商担保能提高中小企业信用水平、缓解融资难题的特点，首先建立了加入部分信用担保契约的存货质押融资Stackelberg博弈模型，分析了各主体的最优决策；然后对不同担保比例下的银行利率进行了研究；最后通过算例验证了所得理论成果。研究结果表明：银行质押率随供应商担保比例的增加而增加，随零售商初始质押量的增加而减小。本文研究结果可为银行和供应链各方的决策提供参考。
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  Series-Parallel图上最小权顶点覆盖3-路问题的有效算法

  张文杰, 涂建华

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(1): 124-128. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.01.019

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  研究了Series-Parallel图上的顶点覆盖3-路问题，利用动态规划思想，给出一个能在多项式时间内完成的有效算法，该算法的运行时间为O（|V|）。