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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

2020年46卷2期

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研究论文
离子液体修饰的三蝶烯多孔材料用于去除水溶液中阴离子染料
于方圆, 周莉, 何妍, 彭昌军, 刘洪来
2020, 46(2) :155-163. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190104001
摘要:
将含氨基的咪唑离子液体3-丙胺-1-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺盐(IL-NH2)通过化学方法接枝在三蝶烯构建的多孔聚合物(TPP)上,制备了一种离子液体修饰的三蝶烯多孔聚合物(TPP-IL)材料,并通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重分析(TGA)仪和Brunauer Emmett-Teller(BET)等仪器对材料进行了表征,研究了TPP-IL对染料的吸附性能。发现TPP-IL对阴离子染料酸性绿25(AG25)和甲基橙(MO)表现出较高的吸附容量,吸附过程可采用准二级动力学模型描述;平衡吸附符合Langmuir等温吸附模型;室温下,TPP-IL对AG25和MO的最大吸附量分别为571.7 mg/g和501.9 mg/g,均约为未改性吸附剂TPP对AG25和MO吸附量的1.5倍,且TPP-IL具有非常好的循环使用性能。理论计算发现,TPP-IL吸附AG25和MO主要依靠静电吸引作用,同时也存在氢键相互作用。
颗粒床内固液过滤的三维CFD-DEM模拟
肖桐, 王千红, 沈盈莺, 惠卿, 陈晗, 程振民
2020, 46(2) :164-172. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190223001
摘要:
通过将计算流体力学(CFD)与离散单元法(DEM)相耦合,对高20 mm、颗粒直径为1.0 mm的三维随机堆积颗粒床进行了固液过滤模拟研究。结果表明,过滤效率的模型计算值和实验值偏差在10%以内,压降实验值与Ergun方程计算值的偏差在25%的有效范围内。模拟结果显示:床层拦截的杂质颗粒数量从上到下呈现减少趋势,靠近入口处的杂质颗粒成团趋势明显;随着床层高度逐渐加深,床层积累的杂质颗粒数量越来越均匀;随着过滤时间的延长,不同杂质颗粒的过滤效率均有所提高,但床层压降也逐渐增大。
预混合高速射流燃烧反应器内温度场的数值模拟
蔡冬莹, 王跃林, 段先建, 胡丹, 李玉冰, 胡彦杰
2020, 46(2) :173-178. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190221004
摘要:
采用可实现k-ε模型、涡耗散概念(EDC)模型、离散项模型,运用氢气燃烧19步详细反应机理,对预混合高速射流燃烧反应器内氢气的燃烧过程进行数值模拟。结果表明,在不同规模的燃烧反应器内,随着烧嘴中心管出口直径的增大,高温区长度明显增加,中心射流速度衰减减弱;纳米二氧化硅作为入射源时,颗粒在高温火焰区停留时间明显增加,返混现象加重。模拟结果可为颗粒成核生长过程的调控以及工业化燃烧反应器的设计提供参考依据。
核壳结构Fe3O4@C改性PVDF柔性薄膜的介电性能研究
刘强, 钱军, 程志鹏, 寇文娟, 庄启昕
2020, 46(2) :179-188. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190218002
摘要:
通过高温碳化将碳壳包覆在纳米四氧化三铁表面,形成Fe3O4@C的核壳结构。与单一结构填料粒子相比,核壳结构的Fe3O4@C在有机基体中的分散更均匀,相容性更高;以此制得具有高介电常数、低介电损耗的Fe3O4@C/聚偏氟乙烯(PVDF)柔性薄膜。与Fe3O4/PVDF、碳纤维/PVDF和石墨(GO)/PVDF等材料相比,Fe3O4@C/PVDF柔性薄膜的介电常数高达115(常温,1 kHz),但介电损耗维持在0.063的较低水平;同时,其拉伸强度由纯PVDF的42.3 MPa增加到76.6 MPa,弹性模量由1.3 GPa增加到2.0 GPa,可作为一种柔性高介电薄膜应用于微型电容等电子元器件领域。
基于厚朴酚的生物基苯并噁嗪树脂的合成及性能
吴玉庭, 刘小云, 谭正, 庄启昕
2020, 46(2) :189-196. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190225004
摘要:
以厚朴酚为酚源,分别与糠胺和脱氢松香胺反应,合成两种新型双官能团全生物基苯并噁嗪树脂M-fa和M-da。通过红外光谱、核磁共振和质谱确定单体的结构,通过差示扫描量热分析研究单体的固化行为。结果表明:两种单体在固化时显示出噁嗪环和双键的放热峰,其中噁嗪环分别在212 ℃和217 ℃开环;聚合物P(M-fa)和P(M-da)在800 ℃下的残炭率分别为69%和41%,热稳定性能优异,且它们对低碳钢的保护效率分别达到89%和87%,抗腐蚀性能突出。
三亲性二嵌段共聚物共混体系的自组装行为
刘静, 丁艳玲, 刘小云, 谭正, 庄启昕
2020, 46(2) :197-207. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190220001
摘要:
选用聚乙二醇(PEG)、聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸八氟戊酯(POFPMA)分别作为亲水、亲油和亲氟段,通过原子转移自由基聚合(ATRP)和单电子转移自由基聚合(SET-LRP)分别制备PEG-PS和PEG-POFPMA共聚物,并构建三亲性二嵌段共聚物共混体系PEG-PS/PEG-POFPMA,同时探讨了嵌段聚合度和浓度对组装体形貌的影响。结果表明: 改变疏水段聚合度,可以得到球形、多孔球形、囊泡形、纺锤状和蠕虫状胶束等多种形貌的自组装体,形貌在低浓度时较易调控,相图可用于指导聚合前靶向预定的纳米组装体。
基于pH响应两亲性卟啉嵌段共聚物的光动力与化学联合治疗
肖潮, 田佳, 刘峰, 张显杨, 王廷虎, 许立人, 顾邯沙, 张伟安
2020, 46(2) :208-218. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190128001
摘要:
光动力疗法(PDT)是癌症治疗的重要研究方向之一。通过将可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合与点击化学偶联反应相结合构建了一种两亲性嵌段共聚物聚乙二醇-聚甲基丙烯酸二异丙基氨基乙酯-四苯基卟啉(PEG-PDPA-TPP),该共聚物的中间连接有一个可作为光动力疗法中光敏剂(PS)的四苯基卟啉(TPP)基元。这种在连接点带有卟啉的两亲性pH响应性嵌段共聚物可以在水溶液中自组装成球形胶束,并用作药物释放平台以及大分子光敏剂。TPP部分会相对规则地分布在球形胶束的核周围,降低卟啉单元之间的聚集,并减少聚集引起的光敏剂自猝灭效应,从而提高单线态氧量子产率。因此,这种基于pH响应的含TPP的嵌段共聚物的药物释放平台能够为癌症治疗提供一种新策略。
环氧化三元乙丙橡胶对PBT/GF复合材料非等温结晶动力学的影响
刘波, 宗孟静子, 刘志红, 吴唯
2020, 46(2) :219-226. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190116004
摘要:
以叔丁基过氧化氢(t-BuOOH)作氧化剂,三氧化钼(MoO3)作催化剂,成功制备了环氧化三元乙丙橡胶(eEPDM),并用其对聚对苯二甲酸丁二醇酯/玻璃纤维(PBT/GF)进行改性。采用差示扫描量热仪(DSC)分析了PBT/GF/eEPDM的非等温结晶行为,利用莫志深方程研究了eEPDM对PBT/GF复合材料非等温结晶动力学的影响。结果表明,在PBT/GF中添加eEPDM可提高PBT组分的非等温结晶速率,结晶活化能结果进一步证实了这一结论。通过扫描电子显微镜(SEM)观察PBT/GF/eEPDM的微观形貌,发现各相间的界面黏结性能良好,并对试样的力学性能进行了测试。
琥珀、柯巴树脂及其改善品的谱学特征
蔡灵婷, 王以群, 刘学良, 黄月霞
2020, 46(2) :227-233. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190107002
摘要:
选取天然琥珀、压制琥珀、天然柯巴树脂以及实验室热处理柯巴树脂为研究对象,采用常规的宝石学测试、红外光谱以及拉曼光谱3种无损检测手段对样品基本特征进行初步分析,进而剖析其特征谱峰归属;同时利用不同产地琥珀谱学特征的共性及差异,更为准确地寻找琥珀、柯巴树脂及其改善品的鉴别特征。结果表明,结合宝石学特性及光谱特征可以有效无损地鉴别琥珀、柯巴树脂及其改善品。
城市污泥水热液化过程及产物特征
张逸秋, 吴诗勇, 吴幼青, 黄胜, 高晋生
2020, 46(2) :234-242. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190107001
摘要:
以城市污泥为原料,考察反应温度对城市污泥水热液化过程及液化产物特征的影响。结果表明:在370 ℃时生物粗油产率和沥青烯产率分别达到最大值26.82%和27.73%,水回收率及体积减量度也分别达到最大值94.81%和80.16%,说明城市污泥经水热液化处理后能取得良好的减量化效果;生物粗油主要含有脂肪酸类、胺类和脂肪烃类,且脂肪酸类碳链长度主要集中在C16~C18;水相有机质则主要由羧酸类、酯类、胺类和酚类组成;液体燃料热值回收率在53.23%~98.20%之间,说明水热液化处理在城市污泥的资源化利用方面具有良好的前景。
基于p阶Welsch损失的鲁棒极限学习机
陈剑挺, 叶贞成, 程辉
2020, 46(2) :243-249. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20181209001
摘要:
针对极限学习机(ELM)异常值敏感的问题,提出了一种基于p阶Welsch损失的鲁棒极限学习机。使用p阶Welsch损失代替常规ELM的均方误差损失,提高算法的鲁棒性;在目标函数中引入l1范数正则项,降低ELM网络模型的复杂度,增强模型的稳定性;采用快速迭代阈值收缩算法(FISTA)极小化目标函数,提升计算效率。对人工合成数据集和部分UCI回归数据集进行仿真,实验结果表明本文方法在鲁棒性、稳定性和训练时间上都具有很好的性能。
多自主车辆队列跟随控制器设计
杨祺, 刘士荣
2020, 46(2) :250-258. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190118001
摘要:
针对自主车辆队列行驶过程中,车辆间具有通信正常或通信中断两类情况,分别设计了两类队列跟随控制器。选用激光测距仪和单目摄像机作为车载传感器,从激光测距传感器数据中提取环境障碍物的物理特征信息,从视觉传感器数据中获取领航车辆的相对角度信息,然后对两种传感器的信息进行融合。根据跟随车辆和领航车辆之间是否存在通信的问题,分别提出了基于李雅普诺夫稳定性和模糊控制策略在通信正常和无通信两种情况下的控制器设计。最后在ROS仿真环境中对本文设计的控制器进行了验证。
基于逆向学习行为粒子群算法的云计算大规模任务调度
赖兆林, 冯翔, 虞慧群
2020, 46(2) :259-268. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190218001
摘要:
针对传统智能优化算法在解决云计算任务调度时, 存在易陷入局部最优和过早收敛的问题,提出了一种逆向学习行为粒子群优化(RLPSO)算法。首先,采用分群策略对种群内个体进行群划分,使得整个种群具有搜索行为多样性,增强算法的搜索能力;其次,引入逆向学习机制及繁殖机制,避免算法陷入局部最优,并在理论上证明了RLPSO算法的收敛性;最后,通过实验进行有效性验证,并与4个经典的智能优化算法进行了比较。实验结果表明,在大规模任务调度总完成时间寻优问题上,RLPSO算法表现出比4个对比算法更优的搜索性能。
基于深度学习的面部动作单元识别算法
王德勋, 虞慧群, 范贵生
2020, 46(2) :269-276. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190107003
摘要:
面部动作单元识别任务是理解人脸表情最重要的环节之一,但因为类别极度不平衡和属于多标签分类等问题,给算法设计带来了不小的困难。针对这些问题设计了一种基于深度学习的面部动作单元识别算法。首先,基于迁移学习理论,以人脸识别任务为目标驱动,使用大规模数据集预训练卷积网络,使模型具有提取人脸抽象特征的能力;其次,设计了一个根据分类置信度来动态加权样本损失大小的目标函数,使得模型更关注于优化少数类样本;最后,结合多标签共现关系拟合和人脸关键点回归两个相关任务,联合训练模型并测试。实验结果表明,该方法在CK+和MMI数据集上能有效提升分类正确率与F1分数。
汽车发动机皮带系统臂式张紧轮力学性能研究
潘斌, 翁涛, 杨家鹏, 安琦
2020, 46(2) :277-283. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190114006
摘要:
以汽车发动机皮带张紧轮为研究对象,对张紧轮在工作过程中产生的振动进行力学建模,建立了张紧轮机构的动态力矩平衡方程和动态能量平衡方程,并对模型中每一个力矩和做功建立了计算模型,构建了对模型进行数值计算的方法。结合一个具体的算例深入研究了张紧轮有关参数对其力学性能的影响,得到相关影响规律曲线。研究结果表明:在其他参数不变的情况下,随着弹簧刚度G2的增大,张紧轮的摆动角度θ变小;阻尼机构的摩擦因数增大,将导致张紧轮振动幅度变小;张紧轮皮带拉力的波动范围增大,张紧轮的振动范围也将变大;随着旋转臂臂长L的增大,张紧轮的振幅将会增大。
基于微观接触力学的旋塞阀密封面疲劳寿命数值研究
陆俊杰, 吴晨, 安琦
2020, 46(2) :284-292. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190103001
摘要:
以旋塞阀为研究对象,基于旋塞阀紧定螺钉和旋塞阀阀芯的变形协调关系模型,建立接触面受力计算模型。基于微观接触力学,采用自相关函数构建微观粗糙表面,建立了考虑旋塞阀密封面微凸体疲劳损伤及密封接触面疲劳寿命的计算方法。以F-2 ISO-STANDARD型旋塞阀为研究对象,研究了旋塞阀接触应力随预紧圈数变化时旋塞阀疲劳寿命与拧紧圈数的数值计算关系。研究表明:旋塞阀密封面的寿命随螺钉拧紧圈数增加而减小,且在相同拧紧圈数下随旋塞阀密封面表面粗糙度增加而增加;旋塞阀密封面的寿命随旋塞压紧力增加而减小,且在相同旋塞压紧力下随旋塞阀密封面表面粗糙度增加而减小;旋塞阀密封面疲劳寿命随管内流体压力幅值比增加而增加,随管内流体极限压力幅值增加而减小,随管内流体平均压力增加先增加后减小,并得出相关定量变化曲线。
考虑波箔变形的波箔型气体箔片轴承润滑性能的数值研究
许浩杰, 高磊, 陆俊杰, 安琦
2020, 46(2) :293-300. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190108001
摘要:
以波箔型气体箔片轴承为研究对象,运用弹性力学理论对波箔的力学性能进行了研究,构建了其受力变形模型,并结合可压缩气体Reynold方程,构建了一种流固耦合算法。同时结合具体算例,对比研究了弹性箔片气体轴承和刚性气体轴承的气膜压力分布及气膜厚度分布,发现两者分布形状相似,但弹性箔片气体轴承气膜压力的最大值较小,轴向平分面处的最小气膜厚度较大;偏心率一定时,弹性箔片气体轴承的摩擦力矩小于刚性气体轴承摩擦力矩,且气体端泄流量大于刚性气体轴承,故弹性箔片气体轴承运行时的摩擦力矩较小,发热较小,且散热较快;偏心率一定时,增大波箔厚度(tB)和减小波箔波距(s)可减小轴承量纲为一的最小气膜厚度,并减小轴承偏位角,而减小tB和增大s时则可减小轴承摩擦力矩,有利于降低摩擦功耗,减少摩擦热,且可增大轴承气体端泄流量,有利于散热。