2019年, 第46卷, 第5期　刊出日期：2019-09-20

  

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化学与化学工程
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  附着于玻璃表面的柴油火灾烟尘特性研究

  易睿, 陈东梁, 李方俊, 董俊莹, 张东胜, 徐鹏, 颜廷杰

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 1-7. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.001

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  在开放空间中利用玻璃片采集柴油燃烧火焰不同高度下的烟尘颗粒物，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱分析烟尘颗粒的理化特性，结果表明：烟尘中碳、氧元素以无定形C、C—C、C—O、—COOH和吸附O等多种状态结合；随着采样高度的增加，烟尘中无定形C的含量呈现增大的趋势，无序化程度增强。
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  Ag/reduced graphene oxide(RGO) nanocomposites for detection of TNT

  DONG JunYing, CHEN DongLiang, CHEN Jing, YI Rui, ZHANG DongSheng, XU Peng

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 8-15. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.002

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  The modified Hummers method was employed to generate graphene oxide, and Ag/reduced graphene oxide (RGO) nanocomposites were synthesized at different temperatures by using sodium citrate as the reductant. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy were employed to characterize the reaction products. The results indicate that RGO has been synthesized successfully, and Ag particles are distributed evenly on the surface of RGO. The RGO prepared at a reaction temperature of 120℃ shows the best surface-enhanced Raman scattering (SERS) activity. The Ag/RGO nanocomposites modified by 10^-5 mol/L 4-aminothiophenol (PATP) successfully detect a 10^-5 mol/L 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) alcohol solution.
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  甲烷催化燃烧NO_x排放特性的数值模拟

  王鹏, 贾志刚, 元继宏, 姚晋国

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 16-22. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.003

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  采用详细表面反应机理与气相反应机理GRI 3.0对甲烷-空气混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行二维数值模拟，讨论了不同甲烷浓度对NO_x排放量的影响，并对不同孔径内的浓度场、温度场与流场进行了研究。模拟结果表明：甲烷浓度的提高增加了反应器的排烟温度和NO_x排放量；孔道内径通过影响气相反应速率和催化反应速率改变了孔道内的温度场和速度场，进而影响了NO_x的生成；孔径的减小使得反应器的单位面积放热量和NO_x排放量均降低。以上结果可为优化催化反应器设计、降低其NO_x排放量提供参考。
材料科学与工程
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  具有反应活性的聚磷酸铵微胶囊的制备及应用

  吴灿, 史翎

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 23-30. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.004

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  设计并制备了以聚磷酸铵（APP）为芯材，铝溶胶及γ-氨丙基三乙氧基硅烷为壳层的聚磷酸铵微胶囊（MAPP）；将MAPP与三聚氰胺（MEL）和季戊四醇（PER）添加到环氧树脂（E-51）基体中，制备了阻燃环氧树脂EP/MAPP。MAPP表面的Al₂O₃颗粒可参与陶瓷化反应，提高阻燃性能，并且其表面的氨基可与环氧树脂交联一体化，将MAPP粒子固定在交联体系中，解决APP易水解迁移的问题。测试结果表明：当MAPP的添加量为21份（每100份环氧树脂中MAPP的添加量，质量单位）、MEL和PER的添加量均为7份时，EP/MAPP的阻燃性能可达V-0级别，极限氧指数（LOI）达30.6%，且与EP/APP相比，EP/MAPP的力学性能得到了极大的提升，残炭率与残炭形貌均较优。
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  应力对纤维增强塑料排烟内筒耐腐蚀性能的影响

  黄灵丽, 王俊, 王涛, 李习习, 侯锐钢

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 31-36. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.005

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  针对燃煤电厂烟囱纤维增强塑料排烟内筒工程中应用的纤维增强复合材料试样S-1设置了5种实验条件，即条件A（静态浸泡）、条件B（Ⅰ型应变，应变4.61%）、条件C（Ⅰ型应变+静态浸泡）、条件D（Ⅱ型应变，应变5.89%）、条件E（Ⅱ型应变+静态浸泡），以探究不同实验条件下试样性能的变化。力学性能测试结果表明：不同实验条件下，试样力学性能出现了不同程度的下降，相对于条件B，试样在条件D下弯曲强度保留率、拉伸强度保留率分别下降了2.98%、9.52%；相对于条件C，试样在条件E下弯曲强度保留率、拉伸强度保留率分别下降了5.92%、4.42%。扫描电子显微镜（SEM）研究发现，试样S-1在条件E下经90 d的实验周期后，表面破坏较为严重，有明显的纤维拔出现象，巴氏硬度测试也表明试样在不同条件下的表面状态发生了变化。红外图谱结果表明，试样在条件E下的水解程度大于条件C。
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  POSS杂化聚硅氧烷复合材料的制备与热性能研究

  刘兴华, 赵晓娟, 颜雪, 左小彪, 黄伟

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 37-45. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.006

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  以八乙烯基多面体低聚倍半硅氧烷（OVPOSS）和含氢硅氧烷为单体，通过硅氢加成反应制备了一种新型POSS交联剂V2-POSS。将V2-POSS加入到聚甲基硅氧烷中，制备了一系列不同POSS含量的聚甲基硅氧烷。采用热重分析（TGA）、热重-红外联用（TGA-IR）、裂解气相色谱-质谱（PyGC-MS）等手段对POSS杂化聚甲基硅氧烷的热性能、热分解动力学及动态热解性能进行研究，结果表明：V2-POSS在聚甲基硅氧烷中均匀分散，POSS纳米结构的引入可显著提高聚甲基硅氧烷的热性能；V2-POSS添加量（V2-POSS占聚甲基硅氧烷的质量分数）为10%时，氮气氛5%热失重温度从纯树脂的442.2℃提高至469.4℃；热失重率为15%时，热解表观活化能由纯树脂的87.53 kJ/mol提高至杂化树脂的251.12 kJ/mol。POSS杂化聚甲基硅氧烷的热解机理主要包括聚硅氧烷主链的断裂、高分子链回咬、含硅基团的重排、碳氢化合物的形成以及小分子的逸出。
生物技术与环境工程
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  肺炎克雷伯杆菌表达吡咯喹啉醌依赖性聚乙烯醇脱氢酶

  弥志伟, 孙忠义, 赵鹏, 田平芳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 46-52. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.007

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  聚乙烯醇脱氢酶（PVADH）是降解聚乙烯醇（PVA）的关键酶，大肠杆菌或毕赤酵母生产PVADH需额外添加辅酶吡咯喹啉醌（PQQ）才具活性。为了降低添加PQQ的成本，在PQQ天然生产菌肺炎克雷伯杆菌（Klebsiella pneumoniae）中表达全酶PQQ-PVADH。首先通过外源基因密码子优化实现PVADH的高效表达，PVADH酶活达到45 U/mL；进而通过辅酶再生提高PQQ产量，双质粒重组菌Kp（pvadh+pqq）的PVADH酶活达到68 U/mL；最后经发酵优化，PVADH酶活达到81 U/mL，为PQQ-PVADH的生产提供了另一种选择方案。
机电工程和信息科学
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  降噪自编码器在机械设备故障预警中的应用

  马波, 郑凡帆

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 53-59. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.008

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  针对目前复杂机械设备大多采用单特征值门限报警法，无法实现提前预警的现状，提出一种基于降噪自编码器（denoising autoencoder，DAE）的特征自学习方法，将高维监测数据编码成低维特征，作为设备运行状态的特征表示，通过度量待测样本编码特征与基准的距离实现故障预警。实验结果表明，本文方法能够区分正常样本特征与任意故障样本特征，并能降低变工况及环境噪声干扰的影响；工程应用案例表明，本文方法能够发现设备故障发生前的微弱征兆，实现提前预警。
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  基于变分模态分解参数优化的地震随机噪声去除方法

  徐智, 唐刚, 刘伟, 李钟晓

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 60-68. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.009

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  为解决变分模态分解在地震数据去噪中依赖人工经验，模态分解和去噪效果具有一定随机性和偶然性的问题，提出基于频域奇异值分解信噪比估计的参数优化方法。该方法在参数范围内以较高的估计信噪比为评价参数对模态分量数目与有效模态进行选取，自适应寻找去噪最有效的参数，从而避免主观选取参数的随机性，改善去噪效果。仿真模型实验表明：估计信噪比与真实信噪比的误差为正相关关系，能够有效反映地震数据中噪声程度，所估计信噪比可以作为去噪效果的评价参数。通过仿真模型和实际地震数据对方法进行验证，结果表明基于估计信噪比参数优化后的变分模态分解方法能够有效压制噪声、凸显同相轴信息。
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  轮胎直压硫化内模适用范围与适用条件研究

  王曜辉, 杨卫民, 安瑛, 李尚帅, 张金云, 谭晶

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 69-74. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.010

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  针对金属内模的轮胎直压硫化机内模设计缺乏一般性公式，设计易失败的问题，提出一种利用MATLAB计算轮胎直压硫化内模具适用范围的研究方案。首先对常规直压硫化内模和改进的阶梯式直压硫化内模分别建立简化物理模型，以鼓瓦不干涉为条件建立约束方程，确定直压硫化内模的适用范围；进而建立任意规格轮胎是否适合直压硫化内模的判断公式，以探明轮胎直压硫化内模的适用范围，从而对任意规格轮胎直压硫化内模的设计提供参考数据。
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  阶梯式轮胎直压硫化内模设计

  王曜辉, 杨卫民, 安瑛, 张金云, 谭晶

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 75-79. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.011

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  针对轮胎硫化机中心机构金属内模适用范围小的问题，对直压硫化内模进行结构改进，提出阶梯式直压硫化内模，以轴向空间弥补径向空间的不足，进一步增加轮胎直压硫化模具的应用范围。在此基础上针对235/45R18规格的轮胎进行模具设计，首先进行运动仿真检查干涉，确认内模正常运动无干涉；然后对硫化状态下的阶梯式直压硫化内模具进行有限元力学仿真强度校核，校核结果表明各部件应力均低于许用应力，模具整体达到强度要求。
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  基于响应面法和正交试验的涡轮流量计优化设计

  张晓东, 李谨, 龚彦

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 80-86. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.012

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  为降低流体黏度对涡轮流量计测量精度的影响，将涡轮流量计仪表系数线性度误差最小值作为目标函数，在运用计算流体力学（CFD）仿真的基础上，先通过Plackett-Burman设计筛选结构参数，并根据几何结构对目标函数的影响将其划分为两个等级，即显著影响因素和次显著影响因素；再通过Box-Behnken设计及响应面法对显著影响因素进行优化设计，分析结构参数间的交互作用，得到参数的最优设计点；最后在响应面分析基础上通过正交试验对次显著影响因素进行优化设计，得到最优参数组合。对最优参数组合的涡轮流量计进行试验研究，试验结果与CFD计算值吻合，仪表系数线性度误差由1.71%下降至1.59%，表明优化后的涡轮流量计测量精度得到了显著提高，基于响应面法和正交试验的优化方法可以用于涡轮流量计的结构设计。
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  基于自适应动态时间规整(DTW)的GA-FCM多阶段间歇过程故障诊断

  梁秀霞, 陈娇娇, 严婷, 周颖, 张燕

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 87-93. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.013

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  多时段是间歇过程的固有特征，对间歇过程划分阶段可以提高故障诊断的精度。采用模糊C-均值聚类（FCM）算法划分阶段存在对初始聚类中心敏感、易于陷入局部极优值的问题。提出遗传算法与FCM算法相结合的方法（GA-FCM），用于克服FCM易于陷入局部极优值的问题，以达到全局最优。同时，针对间歇过程数据不等长问题，提出自适应动态时间规整（DTW）算法。随后，用GA-FCM方法完成阶段划分，再建立多向核主元分析（MKPCA）模型完成故障检测。最后将此算法应用于青霉素发酵过程，仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。
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  嵌入式多标签分类算法的优化研究

  肖雪, 刘云

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 94-100. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.014

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  多标签分类中如何有效处理具有许多实例和大量标签的大规模数据集、补偿训练集中缺失标签以及利用未标记实例改进预测性能等问题已成为重要研究方向。提出嵌入式多标签分类（EMC）算法，首先从伪实例参数化的高斯过程（GP）中提取两组随机变换来模拟特征向量、潜在空间表示向量和标签向量之间的非线性关系映射，其次引入一组辅助变量结合专家集成（EEOE）方法补偿缺失标签，最后利用未标记实例学习随机函数的平滑映射提高预测性能。仿真结果表明，与特征识别隐式标签空间编码的多标签分类（FaLE）算法和半监督低秩映射多标签分类（SLRM）算法相比，EMC算法优化了处理大规模数据集、补偿缺失标签及利用未标记数据的能力，从而提高了类标签的预测性能，且具有良好的可扩展性，训练时间短。
管理与数理科学
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  基于多小波的北京市房屋市场价格的分析预测

  邬嘉怡, 王思玉, 史宏炜, 李虎森, 楼凯达, 崔丽鸿

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 101-106. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.015

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  针对房价波动大的数据特征，将多小波分析与房价预测问题结合，以北京市2010—2018年的房屋数据作为研究对象，探究了利用Haar小波变换、Daubechies系列小波变换以及基于过采样预处理的GHM多小波变换和CL多小波变换处理房价数据的分解重构效果，并通过对高频系数进行门限阈值量化重构处理以达到去噪的目的；建立支持向量机（SVM）预测模型，通过探究4种小波处理方法对房屋价格预测的影响结果，给出了相应预测效果更佳的数据处理方法和选择依据。
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  旋转液膜反应器高度对临界流量影响的研究

  谢震非, 许兰喜, 李殿卿

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 107-111. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.016

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  提出了一种计算临界流量（CVFR）的数值方法，它基于计算流体力学和Navier-Stokes（N-S）方程，依据旋流数选取湍流模型，使模型的选取规范化；同时引入可攀爬壁面函数来提高边界处流体速度的计算精度，并采用自适应时间步长以及网格自适应方法对反应器临界流量进行数值求解，进一步提升计算准确度。通过对不同转速、高度、夹缝宽度及倾角的临界流量数值研究发现，计算结果与实验结果一致性较好，验证了算法有一定的可靠性。在此基础上进一步研究了临界流量与反应器高度的关系，并分析了临界流量对反应器高度和速度的偏弹性。
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  关于n-秩轮图2-adic Orlik-Solomon代数的研究

  陈文娟, 孙贵艳, 王子璇, 姜广峰

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 112-117. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.017

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  研究了与n-秩轮图相伴的超平面构形的2-adic Orlik-Solomon代数，得到了2-adic Orlik-Solomon代数前4项的维数计算公式，并发现这类图构形不是二次的，这一结果部分回答了Falk提出的公开问题。最后，计算了这一类聚合物拓扑图2-adic Orlik-Solomon代数的第4项维数。
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  随机时滞微分方程的随机线性θ方法的均方指数稳定性

  赵梅, 兰光强

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(5): 118-122. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.05.018

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  给出了随机时滞微分方程随机线性θ方法的均方指数稳定性的充分条件，证明了当扩散系数高度非线性（即不满足线性增长条件）时，随机线性θ方法仍可能均方指数稳定。本文研究结果在相同条件下加强了Huang在文献[5]中关于随机线性θ方法稳定性的结果。