中国高校科技期刊信息汇聚平台

阅读排行

  • 一年内发表的文章
  • 两年内
  • 三年内
  • 全部
Please wait a minute...
  • 全选
    |
  • 杨前亮, 郝彬彬, 傅琦, 李成龙, 李君, 张悦, 司璐璐, 李国良, 张赛晖, 宋妍
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(01): 1-13. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.01.001
    随着石油工业的发展和浅层石油资源的消耗,油气勘探开发技术不断趋向于深井和超深井钻探工艺。然而深井底部的高温会导致钻井液出现分散、聚集、钝化现象,使得钻井液的黏度增加、流动性变差,这为深井钻井作业带来了巨大的技术挑战。钻井液用抗高温降黏剂可以降低钻井液的黏度,调节钻井液的流变性,在保持钻井液稳定性和钻井效率方面具有重要作用。合成聚合物类降黏剂具有分子结构可设计性强、抗高温性能突出等特点,广泛用于抗高温钻井液。本文综述了合成聚合物类抗高温降黏剂的研究现状,介绍了羧酸类、磺酸类、羧酸磺酸类、两性离子类降黏剂的抗高温性能及降黏机理,可为新型抗高温降黏剂的分子设计提供参考。
  • 周紫薇, 尚淑艺, 李欣, 许祯, 张珊瑚, 蒋妮, 石旭东, 宁振勃
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 54-60. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.005
    木质素基可降解材料近年来在生物医用领域受到越来越多的关注,但目前其在细胞培养微载体上的应用还有待进一步开发。研究利用烷基化的碱木质素引发左旋丙交酯开环聚合,首次采用不同分子量的木质素接枝聚乳酸(LGPL-L, LGPL-H)制备微球。通过仿生矿化评估不同微球材料诱导矿化的能力,反映其骨生物活性。将不同微球与MG-63(人骨肉瘤细胞)成骨细胞共培养后,不同微球材料组中的细胞活力如下:LGPL-L>LGPL-H>PLLA(左旋聚乳酸)。实验结果表明:相比聚乳酸微球,木质素基聚乳酸微球诱导矿化的能力较强,与人成骨细胞共培养后的黏附和增殖效果更好,并揭示了其作为细胞培养载体的应用潜力。
  • 高清, 周书华, 高汉武, 卢涛, 陈学, 罗彦
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(01): 93-102. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.01.011
    实际工程中的T型管道尺寸大、参数条件严苛,若要对其进行试验研究,所需投入较高,因此有必要对工程实际工况进行模化。采用动量比一致作为主要的相似准则,以高温导热油作为介质,建立了垂直布置的T型管道模型,保证原型与模型在温差、速度比、管径比上的热相似性。运用大涡模拟(LES)对原型及模型进行数值模拟验证,比较二者在温度、速度的时间分布上的相似性,结果表明原型及模型T型管内流场及温度场具有一定的相似性,利用导热油作为介质并采用动量比相似进行T型管冷热流体混合模化具有可行性。
  • 王瑞欣, 黄从岗, 杨瑞宁, 王刚鹏
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(01): 57-65. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.01.007
    采用机械共混和模压成型工艺制备了天然橡胶(NR)/氯化丁基橡胶(CIIR)复合材料,并对其硫化性能、机械性能、单轴拉伸取向性能、应变诱导结晶(SIC)、阻尼行为等进行了分析。透射电子显微镜(TEM)的结果显示,CIIR组分在共混物中呈现海岛结构分布,且边界清晰。随着CIIR占比增大,拉伸应力应变性能与纯NR相一致,但拉伸强度比纯NR下降明显;通过红外二向色性法分析发现,共混物的取向行为主要源于NR组分;同步辐射广角X射线衍射(WAXD)的测试结果表明,共混物中CIIR占比越高,SIC行为越弱;通过机械共混的方式,可以制备得到两者特性结合的NR/CIIR共混物,30 Hz条件下损耗因子从NR纯胶的0.1,增加至NR/CIIR 50/50(质量比)的0.18,上升幅度达80%,为隔震支座用橡胶材料的制备提供新思路。
  • 马宇飞, 翟玉娇, 赵玉印, 蒋晓怡, 信春玲, 何亚东
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 54-61. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.007
    以超临界CO2为发泡剂,制备了低收缩高倍率的热塑性聚酰胺弹性体(TPAE)/无机粒子微孔泡沫。基于扫描电子显微镜、接触角仪、真密度仪等仪器,并结合间歇发泡实验研究了无机粒子对TPAE发泡及抗收缩行为的影响。结果表明,相比较于滑石粉(Talc),硅酸钙(CaSiO3)、碳酸钙(CaCO3)以及硅灰石(WI)这3种无机粒子都分别与TPAE间的界面张力更高,表现出明显的热力学不相容行为。通过对泡沫开孔结构形成机制的分析,发现复合物泡沫的开孔率随无机粒子与TPAE基体间界面张力、无机粒子直径以及分布密度的增加而提高。而开孔结构的形成可加快CO2与空气的置换速率,降低TPAE泡沫的收缩。故无机粒子的引入改善了TPAE泡沫的泡孔密度和泡孔结构的均匀性和尺寸稳定性,进而制备出开孔率超过90%、发泡倍率达到20倍、收缩率低于5%的TPAE泡沫,并显著增强了TPAE泡沫的尺寸稳定性。
  • 王成旭, 冯志芳
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(01): 133-137. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.01.015
    在光子晶体波分复用器中,环形谐振腔作为基本的功能单元,可以实现对不同波长光信号的分离和复用,从而有效地提高光信号传输的容量和效率。以2D-3D异质结结构为载体,设计了密集型波分复用器,即在二维光子晶体平面引入环形谐振腔,通过改变谐振腔的腔长和内部介质柱的数量,实现波分复用的功能。
  • 赵利强, 李瑞森, 唐水雄, 唐金金, 张涛
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 86-96. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.011
    地铁客流量波动受众多因素影响,准确的客流预测数据有利于制定更高效的行车控制方案和客流管控方案。为提高客流预测精度,提出一种基于多维可预知特征的时序卷积神经网络-长短期记忆神经网络模型(TCNLSTM)地铁短期客流预测方法。考虑外部因素的影响,引入Spearman相关系数分析并提取日期、天气等可预知特征及其状态集,以提升预测精度,缩小特征空间,克服了冗余特征数据导致的模型过于复杂问题;通过融合时序卷积神经网络(TCN)提取的客流时间序列特征和可预知特征状态集构建了长短期记忆神经网络(LSTM)层输入,组合模型学习客流与外部影响因素的长短期依赖,从而实现常规日、节假日、不同天气等多场景下的短期客流预测。基于某西南城市地铁刷卡交易数据,对比差分整合移动平均自回归模型(ARIMA)、TCN、LSTM及TCN-LSTM模型的短期客流预测结果,得出组合模型的总体平均绝对误差(MAE)值比其他方法低27%~48%,均方误差(MSE)值低13%~35%,平均绝对百分比误差(MAPE)值低2.8%~6.7%,上述3项指标均表明TCN-LSTM模型的客流预测效果更好。此外,对比实验表明通过融入提取的可预知特征数据,TCN-LSTM模型在测试集上的预测误差评价指标明显降低,所提方法能有效提高地铁短期客流预测精度。
  • 贺天儒, 佘傲, 罗智, 彭心悦, 梁浩, 周延
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 69-76. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.009
    各类头皮健康问题严重困扰着人们的日常生活,目前市售的头皮护理产品常针对某种单一症状添加药物进行治疗,无法较为全面地改善头皮健康问题伴随的多种症状。此外,头皮上富含多种微生物种群,长时间使用头皮护理产品还会引起头皮表面的微生态失调,导致病症反复发作。为此,提出重构头皮微生态的配方设计思路,以多种天然提取物为主要活性成分制备了植物性抑菌养发液,并较为全面地考察了其养发护发功效。结果显示,在抑菌组分含量为2 mg/mL时,养发液对糠秕马拉色菌的抑制作用较强(抑菌率94.6%),对痤疮丙酸杆菌的抑制作用相对较弱(抑菌率83.1%),对表皮葡萄球菌具有一定的抑制作用(抑菌率82.7%),表明所制备的养发液具有调控头皮微生态的作用。受试者使用养发液7周后,去屑率可达94.2%;使用养发液1个月后,油脂分泌异常症状有所好转,头皮红肿程度减轻,发丝直径明显增大,脱发程度亦有所减轻。
  • 李根, 卢涛, 邓坚, 周佳樾, 罗彦
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 87-93. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.009
    为探究窄缝通道在大破口失水事故下再淹没过程中低雷诺数(Rein=1 881~10 348)过热蒸汽的流动换热特性,采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法,基于优选出的湍流模型,探究加热面热流、压力条件和入口速度对低雷诺数过热蒸汽流动换热特性的影响规律。对比了Gnielinski关联式与Dittus-Boelter关联式,并对Dittus-Boelter经验关联式进行修正。计算结果表明:雷诺时均(Reynolds average Navier-Stokes, RANS)湍流模型中SST k-ω的模拟结果与大涡模拟(large eddy simulation, LES)的模拟结果最为接近,且计算量小;过热蒸汽对流换热能力随压力和入口流速的增加而增强,随加热面热流增加而减弱;相对于数值模拟结果,Dittus-Boelter和Gnielinski经验关联式预测的Nu数偏低,修正后的新关联式误差在15%以内,可为再淹没过程低雷诺数过热蒸汽的流动换热分析程序开发提供参考。
  • 潘奕成, 王峥
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(01): 66-74. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.01.008
    采用浸渍-重结晶法将氯霉素负载于细菌纤维素上,制备了细菌纤维素-氯霉素(BC-Chl)复合膜,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)对复合膜的形貌和结构进行了表征,结果表明BC-Chl复合膜保持了细菌纤维素的多孔三维网状结构,氯霉素的负载没有改变细菌纤维素的晶型,但负载过程会在一定程度上破坏纤维素的结晶区。BC-Chl复合膜吸水溶胀12 h后,溶胀比在400%以上,显示出较好的持水性。体外药物释放实验表明,相比于氯霉素原料仅45 min的浓度达峰时间,BC-Chl复合膜的药物浓度达峰时间延长至约2 h,表现出延缓药物释放的作用。抑菌圈试验表明,当载药量约为200μg/mg时,BC-Chl复合膜对谷氨酸棒状杆菌和大肠杆菌的抑菌圈直径比分别为5.8和5.1。使用载药量约为200μg/mg的BC-Chl复合膜处理SH-SY5Y细胞24 h后,细胞活性在75%以上,表明BC-Chl复合膜的细胞毒性较低,生物相容性较好。
  • 罗冰涛, 赵鹏杰, 张雯雯, 任萌, 林爱军
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(04): 1-12. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.04.001
    单原子催化剂具有催化活性高、选择性强等优点,在非均相催化领域显示出独特的优势。碳基材料作为单原子催化剂的常用载体,具有比表面积大、价格低廉、易于获取等特点,近年来受到广泛关注。随着碳基单原子催化研究的不断深入,相关论文的发表量增长迅速,传统的文献分析方法存在可视化程度低、时间跨度短、覆盖范围小等问题。本文利用CiteSpace文献计量软件对Web of Science核心数据库中2015年1月—2023年3月收录的378篇相关文献进行了可视化分析,讨论了该领域的研究进展及研究热点。结果表明:碳基单原子催化的研究热点主要集中在电催化领域,应用最广泛的载体是氮掺杂碳材料;存在的主要问题有难以催化复杂反应、反应机理不够清晰、配位环境难以精准调控等。本文结果可为碳基单原子催化的研究提供参考。
  • 解嵎栋, 段富海
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(04): 107-114. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.04.012
    针对一种新型的无人水翼航行器在航行过程中受到不规则海浪干扰时的横向姿态与航向控制问题,首先建立无人水翼航行器横向四自由度运动的非线性数学模型,并对数学模型进行线性化处理;然后针对普通线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)控制算法手动调试参数效率较低且控制效果难以达到最优的问题,使用鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)对LQR控制器的参数进行寻优以增强控制效果;最后在不同强度的随机海浪干扰下对航行器的横向姿态与航向控制进行仿真,验证了鲸鱼算法优化LQR的有效性。
  • 刘素素, 王文博, 李璋龙, 陈嘉程, 王银川, 喻长远, 刘佳蕙, 王诗卉
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(04): 44-50. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.04.005
    以蒲公英提取液为还原剂、氯金酸为原料合成了蒲公英金纳米颗粒(Da-AuNPs),采用多种手段对其进行了表征,结果表明:Da-AuNPs呈球形或近球形,平均粒径约为(21.2±3.0) nm;蒲公英中含丰富羟基的活性物质可能是合成Da-AuNPs的主要还原剂;金纳米颗粒具有典型的面心立方(FCC)晶格结构;Da-AuNPs悬液放置5 d,其粒径没有显著变化,体系具有较好的稳定性。采用噻唑蓝溴化四唑(MTT)试验对Da-AuNPs进行了体外细胞毒性测试,结果显示:在6.25~200μg/mL的范围内,Da-AuNPs对RAW264.7正常细胞具有良好的生物相容性;当Da-AuNPs的质量浓度为200μg/mL时,在808 nm的近红外线(1.5 W/cm2)下照射3 min,与对照组相比4T1癌细胞活力下降至65%,表明Da-AuNPs具有一定的体外抗癌活性。
  • 辛春林, 赵佳炜, 杨建亮
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(04): 125-134. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.04.014
    我国已宣布力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,为确保河北省能够保质保量完成碳达峰目标,采用联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)排放因子法测算河北省2005—2021年化石能源消费碳排放量,选取人口、人均GDP、城镇化率、产业结构、能源强度和能源结构6个因素,构建了河北省碳排放人口、财富和技术影响(stochastic impacts by regression on population, affluence, and technology, STIRPAT)预测模型,通过构建河北省碳排放情景,对河北2022—2040年碳排放量进行了预测。结果表明在基准情景和经济发展情景下,河北省碳排放趋势是持续上升的,未出现达峰点;产业转型、绿色发展和目标导向情景下出现了峰值点,其中目标导向情景在2029年达峰,绿色发展情景在2030年达峰,碳达峰量分别为81 626.658万吨二氧化碳和86 018.255万吨二氧化碳,产业转型情景在2035年达峰,碳达峰量为85 214.349万吨二氧化碳。按照目前情景发展下河北省难以在2030年实现碳达峰,为保质保量完成达峰目标,需要以能源绿色低碳发展为关键手段,同时以科技和制度创新为动力,调整优化产业结构和能源结构。
  • 王晚玲, 赵景茂
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(04): 51-58. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.04.006
    采用吐温-20作为乳化剂成功合成以桐油为芯材、脲醛树脂为壁材的微胶囊;研究了乳化剂的含量、乳化转速和芯壁比对微胶囊表面形貌、粒径、壁厚和芯材含量的影响。最后,将微胶囊添加至环氧涂层进行红外、热稳定性、自愈性、电化学、附着力、耐水性测试,实验结果表明涂层表现出良好的自愈性能和耐水性;同时通过电化学分析发现,在添加质量分数10%微胶囊的环氧涂层的损伤区域,桐油在氧气的作用下聚合形成新的保护膜,表现出良好的物理阻隔性能。
  • 史珂欣, 王文雅, 国振, 黄建, 唐艳斌
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(04): 35-43. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.04.004
    血红素中的卟啉分子在溶液中(特别是在碱性溶液中)会发生聚集而形成多聚体,导致血红素溶液不稳定,从而影响血红素含量测定的准确性。为了解决这一问题,通过在NaOH溶液中加入表面活性剂Triton X-100构建了血红素的稳定溶液体系,实验结果表明血红素在Triton X-100/NaOH溶液(含有25 g/L Trition X-100和0.1 mol/L NaOH)中稳定性较好,在0~6 d内血红素含量变化不显著。采用高效液相色谱法(HPLC)分析了微生物发酵液中血红素含量,得到优化的HPLC测定条件为:以三氟乙酸/甲醇-乙腈体系为流动相进行梯度洗脱,流速为1.0 mL/min,柱温为室温(25~28℃),分离时间为50 min。方法学评价结果显示,所建立的HPLC测定方法的重复性好、准确度高,可用于发酵液中血红素含量测定。
  • 胡帅, 王瀚彬, 毕丰雷, 李隽森, 贺来宾
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 39-45. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.005
    在边长L为220 mm的方形搅拌槽内,采用高解析率的二维粒子图像测速(PIV)技术在搅拌雷诺数Re=1 300下对圆盘桨形成的流场进行研究,得到Kolmogorov尺度下的高解析流场。基于流场数据和各向同性假设得到湍流动能分布,并比较了直接定义法和大涡PIV法计算的湍流动能耗散率。结果表明:当离底高度C=0.15L时,圆盘桨的流型呈现出独特的单循环流型,流体主要旋涡为单旋涡结构;搅拌槽内湍流动能的最大值出现在桨叶排出流的末端;在Kolmogorov空间解析尺度下直接定义法计算得到的湍流动能耗散率大于大涡PIV法,并且湍流动能耗散率的峰值位于桨叶端和排出流区域。直接数值模拟的验证结果表明,这两种计算方法中使用的各向同性假设是合理的。
  • 俞青芬
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 29-38. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.004
    从文献中选取76种具有抗人类免疫缺陷病毒(HIV)活性的吲哚芳砜类化合物,采用分子结构描述符对其进行结构表征。通过逐步回归分析法,从28个结构参数中筛选出10个参数作为回归方程的最终变量,构建了吲哚芳砜类化合物的分子结构与抗HIV活性之间的定量关系模型。所建模型的复相关系数R为0.904 9,表明该模型的拟合效果较好,可以反映吲哚芳砜类化合物分子结构与生物活性之间的相关关系。留一法(LOO)交互检验结果表明,R为0.856 7,标准偏差(Std)为0.445 5,说明所建模型具有较好的稳定性和可靠性,可以用于预测吲哚芳砜类化合物的抗HIV活性。
  • 刘宇翔, 庄少岚, 赵洪康, 李群生, 申传龙
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 1-9. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.001
    在常压以及温度为293.15~333.15 K的条件下,采用静态平衡法测定了4,4'-二甲基二苯甲酮(4,4'-DMBP)在10种单一有机溶剂和1种二元有机溶剂(乙醇+乙酸乙酯)中的溶解度,并通过活度系数模型(Wilson方程、NRTL方程)和经验模型(Apelblat方程、Van’t Hoff方程)关联4,4'-DMBP的溶解度和温度,得到相应的模型参数。结果显示,在常温(298.15 K)下4,4'-DMBP在单一溶剂中溶解度的大小顺序为:苯>乙酸丙酯>乙酸乙酯>乙酸甲酯>1-丁醇>2-丁醇>1-丙醇>2-丙醇>乙醇>甲醇,乙醇与乙酸乙酯的二元溶剂对4,4'-DMBP没有增溶和减溶作用;Wilson模型在单一溶剂中的拟合效果最佳,相对标准偏差(ARD)为1.13%,均方根偏差(RMSD)为0.19%。溶剂化效应和优先溶剂化效应分析结果表明:描述溶剂极性的π*和溶剂间相互作用VSδH2/(100RT)对溶解度的贡献率分别是46.43%和46.38%,它们对4,4'-DMBP溶解度的贡献占据主导地位;在乙醇与乙酸乙酯的二元溶剂中,当乙醇含量较高时4,4'-DMBP优先与乙酸乙酯溶剂化。
  • 杨铜林, 谭川江, 李国娜, 张波, 王坤, 李浩玉, 黄靖珊
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 10-19. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.002
    在天然气输送过程中,常采用J-T阀制冷、机械制冷这两种低温分离法析出液烃和水来控制露点保证管输安全。针对两种工艺结构差异较大的情况,从能量、经济上对J-T阀制冷和机械制冷这两种天然气露点调节方法进行了模拟分析。研究结果表明,两种工艺的烃露点降接近,而机械制冷工艺的水露点降更高。在(火用)分析对比上,JT阀制冷工艺(火用)损(5 159kW)明显高于机械制冷工艺(1 961kW),机械制冷工艺的系统换热效率更高,使得其整体(火用)效率高于J-T阀制冷;高级(火用)分析结果显示,机械制冷工艺可避免(火用)损占比(69.8%)高于J-T阀制冷工艺(66.7%),改进潜力更大且代价更低。在资本投资对比方面,机械制冷工艺采用外部制冷系统提供冷量,设备的购置成本更高,但其保留了原料气的压力能,在相同外输条件下运行成本更低。综合投资成本及产品收益,在整个运行周期,机械制冷工艺的收益高出812.64×104美元。对两种工艺的敏感性分析显示,丙烷的冷却性能不会随其流量的增加而持续增加;随着地层压力的降低,利用压差来改善天然气性质的工艺效果低于采用外部丙烷制冷工艺。
  • 张竞帆, 张胜, 赵景茂
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 46-53. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.006
    聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)合金作为用量最大的塑料合金之一,在使用过程中其易燃性对人民的生命财产安全造成了严重的威胁,因此对其进行阻燃改性十分必要。通过自组装方法,制备了聚乙烯亚胺(PEI)接枝氧化石墨烯纳米片(PEI-GO)来修饰次磷酸铝(AHP)。制备的PEI-GO@AHP杂化物,作为PC/ABS(质量比为70/30)合金的阻燃剂。引入质量分数为8%的PEI-GO@AHP,可确保PC/ABS达到UL-94 V-0等级和29.1%的极限氧指数(LOI)。其最大热释放速率(PHRR)和总热释放量(THR)分别降低了41.0%和19.6%。本研究提供了一种简单而有效的方法来制备阻燃PC/ABS合金。
  • 赵奥明, 陈亚洲
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 121-128. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.015
    研究了一维可压缩Navier-Stokes/Allen-Cahn方程Cauchy问题解的大时间行为,该方程组描述了具有扩散界面的非混相两相流的流动。利用反导数方法和能量估计证明了一维可压缩Navier-Stokes/Allen-Cahn方程黏性激波解的存在性和渐近稳定性。
  • 郝彦嵩, 王华庆
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 97-105. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.012
    用于解决多故障问题的复合故障诊断技术是企业设备状态监测与故障诊断的关键环节之一。大型机械和设备群组在经过较长时间的服役期后,由于经常在高温、大载荷等工况条件比较复杂的环境下运行,核心部件难免发生由不同损伤组成的复合故障从而使得设备故障的诊断困难。为解决上述问题,提出一种新型的基于非凸正则化与稀疏成分分析的复合故障诊断方法,通过构造非凸惩罚函数以提高信号的稀疏性,并确保目标函数的全局凸性,从而尽可能地提高稀疏成分分析方法的准确度。该方法可以在预先不知道故障源数量的情况下,通过构建一个稀疏优化框架以确保诊断结果的准确性,从而解决滚动轴承的多故障诊断问题。通过仿真实验对所提方法进行验证,基于非凸正则化的均方根误差(RMSE)最优值小于0.5,故障特征更为明显,优于传统方法。以900 r/min和1 300 r/min的轴承故障实验为例,外圈、内圈、滚动体特征频率均可准确识别,表明所提方法可以有效进行复合故障的诊断。
  • 魏凡普, 卢涛, 罗彦
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 106-113. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.013
    为了预测下封头内双层熔池的流动和传热过程,基于不同湍流模型,同时采用凝固熔化模型对堆芯熔池研究装置(corium pool research apparatus,COPRA)双层熔池实验进行计算流体力学(CFD)数值模拟,通过数值计算获得准稳态下熔池的温度、沿壁面的热流密度与内壁面壳层的分布,将模拟结果与实验值进行比较,评价不同湍流模型的适用性和准确性,并进行湍流模型优选。结果表明,壁面模化大涡模拟(WMLES)湍流模型对下封头内双层熔融池流动与传热模拟的准确性和适用性最好;基于WMLES湍流模型,氧化层温度随着熔池高度增大而增大,氧化层上部存在强烈的湍流,在熔池底部的壳层最厚。
  • 刘晓吉, 苏云, 徐佳佳, 毛勇位, 李卫华, 薛同站, 孙岩松, 周阳
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 20-28. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.003
    为了对堆肥过程中有机质含量进行实时动态分析,以豆腐渣作为底物辅以完全发酵的厨余垃圾粉末进行混合好氧堆肥,通过近红外光谱分析技术采集不同处理阶段堆肥样品的光谱数据,分别采用归一化法、一阶微分法和二阶微分法对原始光谱进行预处理,利用反向区间偏最小二乘法(biPLS)、联合区间偏最小二乘法(siPLS)和间隔区间偏最小二乘法(iPLS)构建近红外光谱吸光度与有机质含量之间的定量分析模型。结果显示,采用二阶微分预处理方法结合iPLS建立的模型性能最佳,第23个子区间对应的最佳特征波段为5 832~6 086 cm-1,校正集的相关系数(Rc)为0.986 1,交互验证均方根误差(RMSECV)为0.824 7,预测集的相关系数(Rp)为0.964 7,均方根误差(RMSEP)为0.445 7,相对分析误差(RPD)为3.8。结果表明所建立的模型具有良好的稳定性和可靠性,二阶微分预处理方法结合iPLS可以有效地优化光谱建模区域,提高模型预测能力,实现堆肥样品有机质含量的快速测定。
  • 胡朝山, 刘静, 张琪, 范一强, 李煜圣, 吕娣, 唐丽娟
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 114-120. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.014
    哮喘是一种对儿童生活质量有重大影响的慢性呼吸系统疾病,它的及时预测和准确诊断对哮喘儿童的健康至关重要。但对处于哮喘平稳期的儿童而言,哮喘发作时儿童的呼吸音中不存在明显的喘鸣音等特征音,所以在听觉上处于哮喘平稳期儿童的呼吸音与健康儿童的呼吸音无明显区别,导致医护人员难以使用传统的听诊方法诊断哮喘。选用机器学习中的支持向量机算法(SVM)对儿童进行哮喘预测,研究结果表明,SVM在哮喘与健康儿童呼吸音的分类预测中表现出色,其对吸气相的预测准确率达到96.53%,而对呼气相的预测准确率达到91.66%。由此可见,SVM在儿童哮喘诊断中具有较好可行性,提高了儿童哮喘诊断的准确性和效率,为该领域提供了可靠的诊断工具。
  • 范国轩, 吴海燕, 林伟国, 张磊, 陈晓磊
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(05): 77-85. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.05.010
    趋势项的存在会严重影响信号异常检测方法的准确性,因此需要在信号预处理过程中进行消除。高通滤波法是一种简单且有效的趋势项去除方法,应用最为广泛,但其参数选择基于经验,无法实现实时最优,因此方法的鲁棒性和泛化性差。以高通滤波法为基础,首先提出了信号正负区间统计分布曲线的概念,并基于这一概念引出了趋势项判断准则。在此基础上,设计了高通滤波器截止频率的实时优化选择方法以实现信号趋势的自适应消除,并对所提方法的影响要素进行分析。结合实际应用问题改进了算法,提高了迭代收敛速度,减少了计算量。最终利用石油管道泄漏监测问题中的压力信号数据证明了所提方法可以获得实时最优的滤波效果,实现趋势项的消除,且预设参数简单,算法计算量小。
  • 胡湘龙, 王永睿, 郝书敏, 陈俊文
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 41-53. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.004
    采用水热晶化法,以1,5-双(N-甲基吡咯烷)戊烷溴盐(MPPBr2)为模板剂,在n(SiO2)∶n(Al2O3)=40~80的范围内合成了纯相[B,Al]-IM5分子筛。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱仪(XRF)、电感耦合等离子体发射光谱-质谱仪(ICP-MS)、静态氮吸附仪和化学吸附仪等方法对分子筛进行了表征。结果表明,与棒状IM-5分子筛中试样品相比,[B,Al]-IM5分子筛呈片层形貌,XRD峰强度较低,比表面积较大,酸量和B酸量/L酸量较低。在[B,Al]-IM5分子筛的晶化过程中发现,B原子以四配位形式进入分子筛骨架,模板剂的分解量较少,促进了分子筛某方向晶面的生长,出现片层形貌。对于甲苯与乙烯气相烷基化反应,在300℃、n(SiO2)∶n(Al2O3)=60的条件下,[B,Al]-IM5分子筛的乙烯转化率为97.0%~98.5%,甲苯转化率为12.0%~10.3%,接近理论转化率(12.5%),对-甲乙苯的选择性为41.9%~73.8%,对位选择性为79.1%~85.8%。与ZSM-5相比,[B,Al]-IM5的反应温度较低(300℃),乙烯转化率较高(98.5%),可以稳定运行105 h,较文献报道的改性ZSM-5分子筛和中试IM-5分子筛分别延长了25 h和78 h。
  • 张朋岗, 杨冬磊, 骆兴龙, 程曦, 王盼, 郭志强
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 16-27. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.002
    为优化丙烷回收工艺运行参数,以丙烷回收率和单位综合能耗为响应值,采用响应曲面法中的Box-Behnken设计(BBD)和中心复合设计(central composite design, CCD)试验优化工艺参数,从方差分析、帕累托图分析、响应面分析和优化结果 4个方面优选最佳试验方法。结果显示,CCD法建立的二次响应回归模型的显著性优于BBD法,且CCD法响应曲面分析参数交互作用的显著性结果与方差分析一致。CCD法优化得到的最佳工艺如下:脱乙烷塔压力为3 250 kPa,低温分离器温度为-55.6℃,液相回流比为98%,丙烷回收率为98.1%,单位综合能耗为114.1 kgce/10~4 m3(1 kgce=29.307 6 MJ)。在最优工艺参数条件下,丙烷回收率增加了4.36%,产品收益达到3.548万元/d,且预测误差均小于0.2%。
  • 郝鹏, 张文娟
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 1-15. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.001
    静电纺丝技术是目前制备纳米纤维材料最重要的方法之一。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种半结晶性的热塑性塑料,具有独特的压电性、介电性、热电性和生物相容性。静电纺丝制备的聚偏氟乙烯纳米纤维在电工电气、环境工程、生物医学、纺织等领域有着广泛的应用。本文主要结合中国专利检索情况,从应用的角度阐述了静电纺丝聚偏氟乙烯纳米纤维的研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。
  • 张子煜, 刘浩哲, 陈娟
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 102-111. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.011
    空气中有害气体的浓度序列具有较强的复杂性、非线性及波动性,为气体浓度的准确预测带来了很大挑战。针对该问题,提出了一种基于变分模态分解(VMD)和误差补偿(ECM)的Transformer预测模型(VMD-Transformer-ECM)。首先通过VMD将气体浓度时间序列分解成不同频率的本征模态函数(IMF),以降低预测模型输入的复杂性和非平稳性;然后通过Transformer模型对分解所得的各模态分量进行预测,并对预测结果进行重构以得到初步预测值;最后通过ECM模型对误差序列进行预测,并使用误差预测值来补偿初步预测值,以进一步提高模型的预测精度。在不同数据集中对所提模型进行了验证,结果显示,与其他模型相比,VMD-Transformer-ECM模型对CO2及其他有害气体浓度预测的平均绝对百分比误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)最小,决定系数(R2)最大,其中在预测步长为3 h时,本模型对CO2浓度预测的MAPE为4.38%,RMSE为35.44×10-6,R2为0.94,表明所提模型的预测精度较高,预测性能较好。
  • 张吉凤, 赵雷嘎
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 124-130. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.013
    研究一类带临界指数的分数阶Schr?dinger方程解的存在性。在扰动项满足较弱的条件下,利用山路定理证明了方程至少具有一个非平凡解。
  • 王鹏, 王杰, 兰勇, 马庆, 耿爽, 徐剑
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 71-78. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.007
    为了解决沥青路面施工中黏层黏轮和服役中层间黏结不足的问题,制备了一种具有自迁移功能的水性聚氨酯改性不黏轮乳化沥青。通过针入度、软化点及不黏轮效果等实验评价了不黏轮乳化沥青路用性能,研究了水性聚氨酯改性不黏轮乳化沥青黏层微观形貌和流变特性。研究结果表明:水性聚氨酯改性剂在乳化沥青黏层养生过程中自主迁移至黏层表面;水性聚氨酯在不黏轮乳化沥青最佳掺量为3%;在35℃时,水性聚氨酯改性不黏轮乳化沥青黏层养生时间不大于30 min;水性聚氨酯改性不黏轮乳化沥青黏层在60℃时剪切强度大于1 MPa,在70℃时未发生黏轮现象,具有解决沥青路面施工中黏层黏轮和服役中层间黏结不足难题的潜力。水性聚氨酯改性不黏轮乳化沥青路用性能突出和施工过程环境友好,因此其有望在公路建设和养护工程中得到大规模应用,并可提高沥青路面服役寿命,助力公路交通高质量的发展。
  • 李宝玉, 么鸣涛, 徐明清, 李翔宇
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 94-101. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.010
    比例-积分-微分(PID)控制汽车半主动悬架时由于无法实时调整参数,相对于被动悬架可减小车身加速度,对改善汽车乘坐舒适性的优化效果有限。通过Simulink建立了1/4车辆半主动悬架的数学模型以及路面激励模型,在原有PID控制系统下引入模糊控制策略。以车身垂直加速度及其变化率作为模糊PID控制的输入,实现对PID控制器在原有参数范围内的实时动态调整,并对悬架性能指标进行仿真分析。结果表明,相对于被动悬架,PID控制下的半主动悬架车身加速度优化了17.1%,而模糊PID控制下的半主动悬架优化了35.9%,优化效果更加理想,并且同时兼顾了悬架动挠度。
  • 郑伟花, 冯泽华
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 61-70. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.006
    为了精准预测轻钢龙骨复合墙体内部温湿度分布规律,解决当前建筑维护结构保温防湿性能研究不足的问题,提出了通过数值模拟的方法对复合墙体内部温湿性能进行分析研究。基于多孔介质传热传质理论,以轻钢龙骨复合墙体为研究对象,采用轻钢龙骨复合墙体三维瞬态的热湿耦合数学模型进行研究。对比分析不同腹板开孔长度和构造形式以及加入隔汽层对复合墙体内部热湿性能的影响,得出复合墙体内部的热湿耦合瞬态变化规律。实验结果表明:腹板开孔轻钢龙骨的存在对复合墙体内部的温湿度变化规律具有显著影响,开孔不同则材料内部的温湿度变化也不相同;在轻钢龙骨复合墙体中不同内夹层在性能上存在着明显的差异,聚苯乙烯泡沫(EPS)的保温吸湿效果优于泡沫混凝土;从防止发生冷凝的角度考虑,在加入隔汽层后,泡沫混凝土的保温和防湿性能皆有所提高,这说明在墙体内部加入防湿层可有利于防止发生冷凝现象。
  • 梁秀霞, 何月阳, 刘冲, 梁涛
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 112-123. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.012
    为了解决间歇过程的复杂性和多变性导致的质量预测精度不高的问题,提出了一种基于改进的注意力机制(PCAM)-时间卷积网络(TCN)-双向长短期记忆网络(BiLSTM)的间歇过程质量预测方法。首先使用核熵成分分析(KECA)方法对间歇过程数据降维,以提升输入数据后续预测过程的效率;然后使用TCN网络提取数据的特征信息,利用改进的位置注意力机制和通道注意力机制对编码-解码器结构的双层BiLSTM网络参数进行自适应学习,并根据输入与输出的相关性强弱为输入特征分配不同权重,从而保留所有输入的必要信息,降低次要信息对预测的干扰;最后采用交叉验证算法对所提模型进行超参数寻优,建立了PCAM-TCN-BiLSTM预测模型。在青霉素发酵仿真平台上对所提模型的预测性能进行了实验验证,结果表明:与其他模型相比,所提模型的预测值与真实值之间的差异较小,各项评价指标表现最佳,对底物浓度、青霉素浓度、菌体浓度预测的均方根误差(RMSE)分别为0.009 2、0.034 6、0.023 2 g/L,平均绝对误差(MAE)分别为0.008 5、0.012 0、0.007 9 g/L,决定系数(R2)分别为0.998 7、0.992 3、0.991 5,表明所提模型的预测精度较高,预测性能较好。
  • 郭俊霞, 谢自力, 毛申申, 魏聪聪, 邢健
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 79-86. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.008
    随着输油泵场站无人化建设的发展,企业对输油泵故障诊断技术的要求也越来越高。目前,被广泛使用的利用机器学习算法进行输油泵故障诊断的方法都只能针对模型训练集中已包含的几类故障进行诊断,在企业的实际使用中,仍会出现其他不包含在训练集中的故障而不能被正确自动识别、诊断。针对上述问题,设计了一种输油泵故障诊断模型自学习框架,通过信号处理技术结合深度学习提取深层故障特征,提高工业现场数据的可分性;通过模糊C均值聚类结合相似度度量判别已知故障和未知故障,对出现的未知故障模式进行识别和记录;利用频繁出现的未知故障数据重训练模型,在原有诊断功能的基础上提高对未知故障的识别、诊断及学习能力。为验证方法的有效性,使用工业现场采集的输油泵数据进行实验,结果表明,现有诊断方法所提出的输油泵故障诊断模型自学习框架能够实现对未知故障的准确识别。
  • 侯艳, 牛聪, 滕少华, 朱清华
    北京化工大学学报(自然科学版). 2024, 51(06): 28-40. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2024.06.003
    为了解决含高熔点原油的单管道短期调度优化问题,对调度过程中出现的目标函数和约束条件建立数学模型,并采用基于超体积贡献(HVC)的进化算法优化求解该问题。通过种群聚类获得唯一目标值集合,然后计算HVC,并根据目标价值优化参考点的选取,提出改进的基于HVC的非支配排序遗传算法(NSGA-HVC)对含高熔点原油的单管道短期调度问题进行多目标优化求解。实例分析表明,与其他算法相比,NSGA-HVC算法的求解性能更优,超体积(HV)指标高于其他算法10%左右,所得解集表现出更好的多样性和收敛性。将NSGA-HVC算法得到的调度结果与已有文献进行对比,结果表明所提算法在不同目标上的优化效果提升了3.1%~24.1%,整体上调度成本显著降低。
  • 辛春林, 李岩, 曹已晴, 杨建亮, 利娜
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(01): 122-132. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.01.014
    随着中国提出“3060”双碳目标,积极地制定相关政策,碳足迹作为衡量温室气体排放指标的重要性日益显现出来。为准确把握该领域的研究热点、趋势和未来发展动向,利用CiteSpace文献计量软件对CNKI核心数据库中2010—2023年收录的1 287篇关于碳足迹的文献进行了可视化分析,系统地总结了该领域在不同时间节点的研究进展历程,核心作者发表的主要期刊以及研究热点;同时,对未来的发展前景和重点研究领域进行了展望。研究结果表明:(1)双碳目标与绿色发展理念的提出极大地推动了我国碳足迹的研究;(2)跨地区、跨机构、跨学科之间的科研合作有助于推动我国碳足迹研究的发展;(3)碳足迹管理、评估和认证是热点研究领域,将推动我国向“3060”双碳目标迈进。
  • 张露凝, 古路路, 金君素
    北京化工大学学报(自然科学版). 2025, 52(01): 14-21. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2025.01.002
    甲酸作为一种重要的化工原料,广泛应用于多个领域。在许多工业生产过程中会产生大量的低浓度甲酸溶液,无法直接使用,如果将其排放到环境中,会导致严重的资源浪费和环境污染。因此,对低浓度甲酸水溶液进行提浓再利用具有较为重要的实际意义。本文综述了目前甲酸水溶液提浓的方法,包括精馏法、萃取法、膜蒸馏法、电渗析法、脱水剂增浓法和冷冻浓缩法,介绍了各种提浓方法的提浓原理、应用实例,总结了其优缺点,最后对甲酸水溶液提浓技术进行了展望。