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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

2016年42卷5期

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氨基酸离子液体的理论研究:结构、分子间相互作用及碱性
刘飞, 吴蔚闳, 卢运祥, 彭昌军, 刘洪来
2016, (5) :587-593,652. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.001
摘要:
利用密度泛函理论,对6种氨基酸阴离子和不同链长咪唑阳离子形成的离子液体的结构、阴阳离子间相互作用以及碱性进行理论研究。优化得到5种稳定构型,并且阴阳离子间存在2种氢键。利用分子中的原子理论(AIM)、非共价键相互作用理论(NCI)及自然键轨道理论(NBO)进行分析,结果显示阴离子羰基中的O与H(C2)能形成更强的氢键且具有一定的共价性质。利用最负表面静电势(Vs,min)和平均局部离域化能(Is,min),在微观水平上对氨基酸离子液体的碱性进行分析,发现当引入氨基或羟基到阴离子中时,离子液体的碱性变强。
单链聚乙烯在石墨烯二维表面结晶的分子模拟
李延頔, 何雪莲, 黄宇, 宋敏驹, 高睿, 刘柏平
2016, (5) :594-600. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.002
摘要:
目前对于石墨或石墨烯等片层结构对共聚聚乙烯结晶行为的影响研究相对较少,尚未系统揭示其结晶机制。采用分子动力学模拟方法,研究单链聚乙烯在二维石墨烯表面受限状态下的结晶过程。结果发现,与聚乙烯单链结晶不同,聚乙烯沿石墨烯(001)表面发生表面吸附-链折叠-取向有序形成层状晶体,结晶过程由表面吸附和链折叠共同控制,随等温结晶温度变化分为3个区域。另外,支链不利于结晶,但当支链长度大于10时,即开始发生吸附或折叠进入晶区,与主链形成共晶,从而减缓了结晶度随支链长度而下降的趋势,并且支链主要进入石墨层界面附近的晶区。
煤直接液化浆态反应器内气-浆流动与反应的CFD模拟
李军, 王腾, 郭晓峰, 周强, 陈彩霞
2016, (5) :601-607. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.003
摘要:
以褐煤直接液化小试反应器为研究对象,将反应器内气-液-固三相流动简化为气-浆两相流动,使用Fluent 14.0及双流体模型,模拟预测高温、高压条件下气-浆两相流动及反应的耦合过程。对反应器内等温流场进行了三维瞬态模拟,结果表明:反应器内总体气含率较低,约为0.016 5;气-浆流速较低,且壁面附近浆液回流和返混显著;浆液在反应器内平均停留时间约为70 min,与液化反应所需时间匹配。使用Matlab最小二乘曲线拟合方法,获得褐煤在430℃、10 MPa下的液化反应速率常数,通过用户自定义函数(UDF)将动力学参数导入Fluent求解器,对反应器内流动和反应过程耦合求解。结果显示:反应器出口处煤的转化率约为89.25%,沥青质(PAA)和油气(OG)产率分别为26.33%和61.81%,与测量值吻合。此数学模型及数值方法有望应用于中试及工业装置,指导液化工艺优化和反应器的设计放大。
稻草与煤共热解过程中不同赋存状态钾的迁移转化行为
乔治, 陈雪莉, 陈汉鼎, 秦跃强
2016, (5) :608-614,638. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.004
摘要:
为研究稻草与煤共热解过程中钾元素的迁移规律,选用稻草和晋城无烟煤为原料,在高频炉实验平台上对全钾的析出以及不同赋存状态钾的迁移转化进行了研究。结果表明,晋城无烟煤对钾的析出有抑制作用,全钾析出率随着温度的升高和煤掺混比降低而升高;当热解温度低于1 000℃时,SiO2与钾生成较稳定的硅酸盐;当热解温度高于1 000℃时,高岭土与钾生成稳定的硅铝酸盐。Al2O3通过表面黏附来减少钾的析出,煤中的挥发分和固定碳可以与钾结合减少钾的析出,晋城无烟煤整体上促进了稻草中水溶态和可离子交换态钾向酸溶态及残渣态钾转化。
高黏度树脂在纤维织物中浸渍过程的CFD模拟
方荀, 周云飞, 沈春银, 戴干策
2016, (5) :615-624,707. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.005
摘要:
采用VOF(Volume of Fluid)方法结合多孔介质模型对树脂在纤维织物中的流动前沿进行追踪,并对截留在纤维织物中的气泡进行捕获。纤维织物中的气泡主要由结构不均匀性造成,结构的不均匀性导致流体速度差异并形成多个流动前沿,气泡在动压的作用下会发生迁移。研究了压力、黏度以及双尺度孔隙率对浸渍速率的影响,发现浸渍时间和压力成反比,和黏度以及纤维束孔隙率与横向渗透率的比值成正比;纤维织物的浸渍速率主要取决于微观浸渍速率,而与纤维束的间距无关。
聚乙烯醇与戊二醛的交联反应动力学
蒋文斌, 纪利俊, 陈葵, 武斌, 吴艳阳, 朱家文
2016, (5) :625-629. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.006
摘要:
聚乙烯醇与戊二醛的交联反应常用于微胶囊包覆和高分子材料的改性工艺中。采用分光光度法测定了反应体系中聚乙烯醇的浓度,研究了聚乙烯醇与戊二醛的交联反应特性,确定了聚乙烯醇与戊二醛的反应计量比。结果表明,交联反应可视为不可逆反应,聚乙烯醇与戊二醛的物质的量之比约为1:525。建立了反应动力学方程,确定了交联反应对聚乙烯醇为零级反应,对戊二醛为0.7级反应,拟合得到了反应动力学参数。
钙改性NiO/ZnO-Al2O3-SiO2吸附剂成型后的 反应吸附脱硫性能
周妮妮, 鞠峰, 高帅, 沈本贤, 凌昊
2016, (5) :630-638. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.007
摘要:
采用浸渍沉淀法制备钙改性NiO/ZnO-Al2O3-SiO2粉末吸附剂,通过压片成型方式制备成型吸附剂。比表面积及孔径分布(BET)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征结果表明,成型吸附剂ZnO和NiO晶体分布均匀,比表面积147.51 m2/g,孔容0.28 cm3/g,平均孔径6.38 nm。在420℃、氢气压力2.9 MPa、氢油体积比52.5、质量空速9.76 h-1的反应条件下,成型吸附剂的穿透硫容可达46.51 mg/g,经过5个周期循环再生后脱硫性能保持优良。此外,吸附剂还具有一定的脱氮性能。反应后吸附剂的X射线能量色散谱(EDS)表征结果表明氧质量分数降低,硫质量分数增加;ZnO的XRD特征峰变弱,出现了明显的ZnS特征峰;X射线光电子能谱(XPS)结果表明吸附剂在结合能为852.78 eV处分裂出一个对应于NiSx的特征谱,说明吸附脱硫过程有NiSx的生成。
氯丙烯改性甲阶酚醛树脂的性能
王雄, 张德震, 陆士平
2016, (5) :639-643. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.008
摘要:
针对甲阶酚醛树脂贮存稳定性低、耐碱性差的缺点,用氯丙烯对其进行改性。通过红外光谱分析(FT-IR)、热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)、动态力学分析(DMA)等手段表征了改性前后酚醛树脂的基团变化、热性能和动态力学性能。研究表明:烯丙基团成功地接入了酚醛树脂,并使酚醛树脂的贮存期由原来的30 d提高到了102 d;固化物玻璃化转变温度(Tg)从改性前的58℃提高到改性后的122℃;耐腐蚀性和耐热性也均有一定程度的提升,力学性能则随着烯丙基质量的增加呈现先增强后减弱的趋势。
不对称树状聚两性电解质的合成及pH响应性自组装行为
徐晓婵, 陈涛, 房文祥, 董玉茹, 牛磊, 蔡春华
2016, (5) :644-652. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.009
摘要:
通过发散法、开环聚合以及“点击化学”等方法合成了树状聚两性电解质聚(L-赖氨酸)-聚酰胺-胺-聚(L-谷氨酸)[(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2],其中,D1和D2分别代表第1代和第2代聚酰胺-胺。通过氢核磁共振波谱(1H-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和凝胶渗透色谱(GPC)对产物的分子结构、相对分子质量及其分布进行了表征;结合电位电导滴定、1H-NMR、Zeta电位测定、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)等表征方法研究了(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2溶液的pH响应性自组装行为。研究结果表明,(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2具有pH响应性多重胶束化行为,在酸性条件下形成PLL为壳、PLGA为核的聚集体,而在碱性条件下形成PLGA为壳、PLL为核的聚集体,同时伴随着PLGA和PLL链段从无规线团到α-螺旋构象的转变。随着溶液pH的增加,自组装聚集体由球形胶束向棒状胶束再向纺锤形胶束转变,并在高pH下二次自组装形成松叶状分形结构。
Li2SiO3:Eu3+红色荧光粉的制备与发光性能
李帅帅, 李蔚, 顾金楼
2016, (5) :653-657. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.010
摘要:
以LiOH·H2O、Si(OC2H54和Eu(NO33·6 H2O为主要原料,采用简单的机械球磨法,在室温下合成了Li2SiO3:Eu3+荧光粉前驱体,再经高温灼烧,得到一系列Li2SiO3x% Eu3+红色荧光粉。研究了灼烧温度、保温时间及Eu3+的物质的量浓度对产物的结构和发光性能的影响。结果表明,当x在1.5~15这个较宽的范围内,随着Eu3+物质的量的增加,Li2SiO3x% Eu3+荧光粉的物相组成保持不变,且直到x值达到12之后,才出现了浓度淬灭现象;当灼烧温度为1 173 K、保温时间为2 h时,荧光材料的发光强度达到最大值。在467 nm激发下,基于Eu3+5D07F2(615 nm)跃迁,Li2SiO3:Eu3+荧光粉发射出强烈的红光。
O3/UV和O3/H2O2氧化法处理聚丙烯酰胺采油废水
陈颖, 孙贤波, 陈强
2016, (5) :658-663. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.011
摘要:
为降低油田采油废水的化学需氧量(COD)负荷,提高其可生化性,采用O3/UV和O3/H2O2氧化法对聚丙烯酰胺采油废水进行处理,分别考察了氧化时间、H2O2与O3物质的量之比、pH以及紫外灯功率对采油废水处理效果的影响。结果表明,与采用单独臭氧氧化相比,O3/UV以及O3/H2O2联用技术对采油废水中的COD及聚丙烯酰胺(PAM)的去除效果更为显著,废水可生化性均有所提高,且O3/H2O2氧化法对采油废水的可生化性提高程度更大。O3/UV氧化法对于聚丙烯酰胺采油废水可生化性影响的最佳条件为:pH=8.0,O3质量浓度为19.7 mg/L,紫外灯功率为18 W,氧化时间为30 min,可生化性(B/C)提高至0.092;O3/H2O2氧化法对于聚丙烯酰胺采油废水可生化性影响的最佳条件为:pH=8.0,O3质量浓度为19.7 mg/L,H2O2与O3物质的量之比为0.3,氧化时间为30 min,B/C提高至0.175。氧化预处理提高了废水的可生化性,减轻了后续生化处理压力。
活性污泥法降解三溴苯酚
顾雍, 孙贤波, 刘勇弟, 邬莎娜, 陈强, 陈颖
2016, (5) :664-669. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.012
摘要:
为探究三溴苯酚(TBP)在活性污泥系统中的降解过程,采用驯化活性污泥的方法,考察了初始浓度、pH、温度、外加碳源、重金属及络合剂对活性污泥降解三溴苯酚的影响。研究表明,当三溴苯酚质量浓度为10~50 mg/L时,降解过程符合零级动力学。活性污泥对三溴苯酚的比基质吸附速率qbd随pH增大而减小,且当pH为7.0~8.0时,有利于生物降解。苯酚和双酚A作为外加碳源时对三溴苯酚的降解产生抑制作用。Cu2+和Ni2+的存在也抑制了三溴苯酚的降解,且Ni2+的抑制效应要强于Cu2+。柠檬酸作为络合剂通过降低水相中游离金属离子的浓度可以减弱重金属对活性污泥的抑制作用,当Cu2+与柠檬酸物质的量之比为1:4时,Cu2+的抑制效应完全可以清除。
阵列单液滴的捕获及单细胞分析
吴婷, 王振平, 张传静, 杜一平
2016, (5) :670-675. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.013
摘要:
通过流动聚焦型微液滴生成装置进行油包水液滴的制备,比较了3种不同的单液滴阵列捕获芯片对单液滴的捕获效率和操作性能,选取上下开口圆形结构获得满意的单液滴捕获。进一步利用该液滴生成和捕获一体式芯片进行了液滴中单细胞的包覆、单细胞的实时染色和细胞存活状态的检测。在优化的实验条件下制备得到了粒径为75 μm的单分散液滴,液滴捕获芯片中的单液滴截留率为100%,单细胞包覆率约为33%。对捕获液滴中的单细胞进行实时染色结果表明,在5 min内获得了满意的细胞核实时染色,并通过细胞死活实时染色对细胞存活状态直接进行了表征。
基于精英策略的遗传算法在功能验证中的应用
王磊, 罗小华, 俞淼, 夏顺兴
2016, (5) :676-681. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.014
摘要:
针对集成电路功能验证中覆盖率收敛较慢的问题,通过分析简单遗传算法(SGA)中精英个体的特征,提出了一种应用于功能验证的精英策略。将本代优秀个体和本代适应度高的历史优秀个体视为精英个体,给予额外交叉机会。基于本文策略的精英遗传算法(EGA)可得到覆盖率广、重复性低的验证向量,缩短功能验证的时间。采用互相关函数的硬件计算单元作为验证模型,在Matlab中模拟功能验证的过程,实验结果表明:与SGA相比,EGA使验证时间缩短了14.8%,功能覆盖率从93%提高到95%,有效地提高了功能验证效率。
一种求解阻塞流水车间多目标调度的离散差分进化算法
邓冠龙, 田广东, 顾幸生, 张淑宁
2016, (5) :682-689. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.015
摘要:
针对流水车间中产品不存在缓冲区的多目标优化问题,研究了阻塞流水车间的最大完工时间和总流程时间的最小化问题,提出了一种多目标离散差分进化(Multi-objective Discrete Differential Evolution,MDDE)算法搜索Pareto最优调度解。MDDE的变异个体通过非支配解或当前解的邻域随机产生,实验个体通过交叉操作产生,而选择过程则设计为一种多目标选择策略。此外,算法还混合了一种基于插入的Pareto局部搜索方法。基于标准测试算例的数值仿真实验表明,MDDE算法获得的非支配解集在Inverted Generational Distance、Set Coverage和Hypervolume性能指标上均有较好的表现。
一种基于浓度调节的改进型量子遗传算法
胡小祥, 刘漫丹
2016, (5) :690-695. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.016
摘要:
针对量子遗传算法(QGA)优化多峰函数时存在收敛速度慢、容易陷入局部最优的缺陷,提出了改进型量子遗传算法(IQGA)。引入个体浓度的概念,在量子门更新之前对种群进行筛选并剔除高浓度个体和劣个体,并用新的个体代替它们,增强了量子遗传算法全局搜索能力。通过典型复杂连续函数的对比测试,验证了该改进型量子遗传算法的可行性和有效性。
基于即时学习的集成神经网络及其干点预测
吴朔枫, 颜学峰
2016, (5) :696-701. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.017
摘要:
针对单个神经网络泛化能力差、对不同样本预测精度波动大的问题,提出了一种基于即时学习集成神经网络方法。首先,基于训练样本,建立多个不同的神经网络模型。其次,根据即时学习的思想,在对样本进行预测时,在训练样本中寻找与预测样本最接近的若干邻近样本,根据各网络对邻近样本的训练误差,即时形成各神经网络的集成权重,实时构造集成神经网络模型,对预测样本进行预测。最后,将该方法应用于初顶石脑油干点的预测,相比于文献中提出的方法,得到了更好的预测结果。
基于马尔可夫决策过程的云平台资源调度
邱远, 虞慧群, 范贵生
2016, (5) :702-707. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.018
摘要:
云计算平台可以动态地配置资源,适合基于工作流的科学计算。当前云平台的资源调度研究更多考虑运行时长和成本的最优化,而较少提到鲁棒性。本文提出了一种基于马尔可夫决策过程理论的资源调度算法,对工作流任务进行分组,按照任务的计算量和依赖关系将任务期限分配给各个任务组,在满足工作流总期限的基础上,将异构环境中的云资源分配给工作流的各个任务,通过最大化每个任务组的容忍时间使得整个工作流的鲁棒性达到最优。实验结果表明:该调度算法在异构环境中可以在任务期限和开销内提高调度的鲁棒性。
基于关联规则挖掘的分布式小文件存储方法
钱能武, 郭卫斌, 范贵生
2016, (5) :708-714. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.019
摘要:
Hadoop分布式文件系统(HDFS)设计之初是针对大文件的处理,但无法高效地针对小文件进行存储,因此提出了一种基于关联规则挖掘的高效的小文件存储方法——ARMFS。ARMFS通过对Hadoop系统的审计日志进行关联规则挖掘,获得小文件间的关联性,通过文件合并算法将小文件合并存储至HDFS;在请求HDFS文件时,根据关联规则挖掘得到的高频访问表和预取机制表提出预取算法来进一步提高文件访问效率。实验结果表明,ARMFS方法明显提高了NameNode的内存使用效率,对于小文件的下载速度和访问效率的改善十分有效。
亚音速圆口喷流的大涡模拟
林健, 赖焕新
2016, (5) :715-721,742. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.020
摘要:
采用大涡模拟方法研究了马赫数M=0.75,雷诺数Re=50 000的圆口可压缩喷流问题。在与实验数据比对验证的基础上,分析了喷流剪切层不稳定性发展的两个主要阶段,着重考察了剪切层中轴向速度脉动u'、径向速度脉动v'、压力脉动p'在空间任意两点上的时空相关系数随时间和空间发展分布的特点,并由此分析剪切层中旋涡脉动的迁移特性,为进一步研究与控制喷流噪声提供基础。
油套管螺纹端面密封微观接触性能数值模拟
蔄靖宇, 黄龙文, 安琦
2016, (5) :722-729. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.021
摘要:
油套管接头在油气田工业中已得到广泛使用,其密封性能对油气井生产安全与环境将产生重要影响。以上扣拧紧时的螺纹接头为研究对象,在弹性范围内构建了锥螺纹接头端部密封面上挤压力的计算方法。利用粗糙密封表面微观接触分析方法,以某一具体的API圆螺纹接头为例数值模拟了拧紧力矩(圈数)、表面粗糙度和初始密封面间隙对端面密封性能的影响规律,获得了相应的变化曲线,并对这些曲线进行了分析。
EAST装置H模时的电子热输运系数
史可意, 张先梅, 薛二兵, 虞立敏
2016, (5) :730-736. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.022
摘要:
研究了在先进实验超导托卡马克(EAST)上,由低杂波(LHW)和离子循环射频(ICRF)加热实现高约束模式(H模)放电的等离子体中的电子热输运情况。通过计算得出,H模相比于L模(低约束模式)电子热输运系数显著下降,特别是在等离子体边缘地区。在典型炮号(33068#、38300#、40823#)中,归一化温度梯度特征长度(R/LTe)的阈值应该是3~11。这三炮的约束时间与电子热输运系数相关,当电子热输运系数越大时,约束时间越小。
柔性PET衬底上ZnO薄膜的制备、电学性质及激光辐照效应
甘贵贤, 陆慧
2016, (5) :737-742. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.023
摘要:
室温下采用中频反应磁控溅射技术在柔性PET(Polyethylene terephthalate)衬底上沉积了ZnO薄膜。研究了溅射功率和氩氧流量比对薄膜电学性质的影响,获得室温沉积柔性ZnO薄膜的优化工艺条件为溅射功率20 W和氩氧流量比1:1。采用不同能量密度的激光辐照,有效改善了柔性ZnO薄膜的晶体结构和电学性能。原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)测试结果显示,激光辐照可使薄膜表面ZnO颗粒产生团聚融合,并在(100)和(101)晶面上产生明显的取向生长,薄膜由非晶转为多晶结构。Hall性质的研究结果表明,激光辐照可有效提高ZnO薄膜的载流子浓度,降低电阻率,改善室温沉积柔性ZnO薄膜导电性能。