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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

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研究快报
新型多级串联槽式光微反应器及其在光催化反应中的应用
曹晔, 赵方, 郭旭虹
2021, 47(4) :387-391. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210331002
摘要:
开发了一种新型光催化反应器−多级串联槽式光微反应器,其中包含16个串联的微型圆柱槽,每个单元槽内有一个微型搅拌子从而实现充分搅拌。停留时间分布测试结果表明:无论是均相液体物料,还是含有固体颗粒的悬浮液物料,在反应器中都能够实现接近平推流的流动状态。制作了透明度高、化学稳定性好的石英玻璃反应器,在反应器中进行TiO2光催化降解染料的模型反应,运行10 h无堵塞现象发生,且反应速率相对于烧瓶中的间歇反应速率提高约24倍。
研究论文
液体射流内部气泡对黏性流体气流式雾化的影响
吴兆伟, 赵辉, 吴欣洁, 刘海峰, 周骛, 蔡小舒
2021, 47(4) :392-400. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200405001
摘要:
使用马尔文激光粒度仪研究了同轴双通道喷嘴液体射流内部气泡对黏性流体气流式雾化效果的影响。以甘油溶液(昂色格数(Oh)为0.0346~0.407)为液相,空气为气相,研究了不同环隙气流速度(94.8~142 m/s)和液体射流速度(0.29~1.21 m/s)下雾化液滴直径的变化规律。结果表明:当Oh较小时,在较低液体射流速度下,雾化液滴直径随气液体积流量比的增大而减小;在较高液体射流速度下,雾化液滴直径随气液体积流量比的增大而增大。当Oh较大时,雾化液滴直径随气液体积流量比的增大而增大。建立了一个物理模型用来描述黏性流体的雾化液滴直径随气液体积流量比的变化规律,结果表明模型计算值与实验值的偏差小于±5%。
高钙镁气田水中碳酸钙结垢行为研究与趋势预测
张利, 马小龙, 李平, 宋兴福
2021, 47(4) :401-407. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200325001
摘要:
高钙镁气田水具有高钙镁离子、高氯根离子含量、高浊度和低pH等显著特点,在后续处理中易发生碳酸钙结垢现象。通过分析结垢前后钙离子和碳酸氢根离子的浓度变化,发现高钙镁气田水中碳酸钙的结垢类型为碳酸氢根型结垢,经X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征分析后确定结垢物为球霰石型碳酸钙。以朗格利尔理论为背景,以球霰石溶度积和碳酸氢根离子活度系数为相关参数建立了基于球霰石饱和指数的碳酸钙结垢趋势预测模型,并在实际水结垢中实现精准预测,准确率达90%。
多喷嘴对置式水煤浆气化细灰的润湿特性
牛永健, 杨澜, 朱诗杰, 陈雪莉
2021, 47(4) :408-413. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200328001
摘要:
采用Washburn毛细管上升法测定了5种不同粒径分布的多喷嘴对置式水煤浆气化细灰的接触角,分析了水煤浆气化细灰的表面基团、无机矿物质晶体质量分数和结晶度等物理化学性质对细灰润湿特性的影响规律。结果表明:多喷嘴对置式水煤浆气化细灰的接触角整体上随着细灰颗粒粒径的增大而减小,但不严格随粒径单调变化,除粒径之外接触角还受其他物理化学性质的影响;以Si−O−Si和−OH为主的表面基团、以石英为主的无机矿物质和粒径是影响颗粒润湿特性的主要因素,三者含量的增加均有利于颗粒润湿性的增强;红外光谱图中Si−O−Si和−OH表面基团峰面积与煤气化细灰接触角之间存在较好的线性关系。
神府煤掺石油焦气流床气化细渣的CO2气化反应特性
周志豪, 沈中杰, 梁钦锋, 许建良, 刘海峰
2021, 47(4) :414-419. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200331002
摘要:
采用高温热台显微镜系统对比和研究了石油焦、细渣和神府煤焦的气化反应特性,并制备了掺灰石油焦样品,采用热重分析仪对比和分析了不同样品的气化反应活性。结果表明:相比石油焦,细渣具有更为丰富的孔隙结构,其样品中存在较多孔径为2~10 nm的孔,比表面积约为石油焦比表面积的15倍;细渣石墨化程度较低,其含有的灰分促进了气化反应的进行,因而细渣的气化反应活性明显优于石油焦,但比神府煤焦稍差。
不同氧化铝前驱体相转过程的研究
孙小曼, 李蔚, 刘会娇, 汪霖, 杨丛林
2021, 47(4) :420-426. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200316001
摘要:
以勃姆石(γ-AlOOH)、γ-Al2O3为前驱体,MgO为添加剂,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、粒径分布等表征手段,对两种前驱体转变为α-Al2O3的相转过程进行了研究。研究发现,在未掺杂添加剂的情况下,γ-Al2O3γ-AlOOH经煅烧转变为α-Al2O3时均经历了γ-Al2O3θ-Al2O3α-Al2O3的过程,完全转变为α-Al2O3的温度分别为1200 ℃和1100 ℃。MgO对Al2O3的相转过程有促进作用,MgO掺杂量适当(0.5%,质量分数)时促进作用最明显,掺杂量过高或过低对相转的促进作用均减弱。当MgO掺杂量为0.5%(质量分数)时,γ-Al2O3完成α相转的温度为1050 ℃,比没有掺杂MgO时温度降低了150 ℃。当MgO掺杂量为0.3%、0.5%时,γ-AlOOH完全转变为α-Al2O3的温度最低为1075 ℃,比没有掺杂MgO时温度降低了25 ℃。并对影响α-Al2O3相转温度的机理进行了分析。
利用CRISPR/Cas9系统构建低DCPC杂质含量的CPC工业高产菌种
徐燕, 冯涛, 储炬
2021, 47(4) :427-437. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200623003
摘要:
以头孢菌素C(CPC)工业生产菌株顶头孢霉1-D1为研究对象,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术降低杂质脱乙酰头孢菌素C(DCPC)累积,提高CPC产量与质量。首先,构建了CPC乙酰水解酶敲除菌株Ac-ΔcahB以期减少CPC水解。然后通过导入含cefG基因表达盒的Donor DNA,构建Ac-ΔcahB::cefG菌株以期提高DCPC转化效率。通过摇瓶发酵验证表明Ac-ΔcahB效价没有提高但杂质含量略有下降,而Ac-ΔcahB::cefG不仅产量比对照提高约32.6%,达6 072 μg/mL,而且DCPC杂质含量(DCPC峰面积/CPC峰面积)显著降低到6.81%。从cefG转录水平来看,Ac-ΔcahB::cefG菌株在96 h转录量提高了5倍。可以发现,cefG基因在强启动子PgpdA作用下可提高表达量,促进DCPC转化,从而提高CPC产量。此外,在工业顶头孢霉中,结合Donor DNA共同作用的CRISPR/Cas9系统是一个更为高效的基因编辑方法。
谷氨酸棒杆菌GPAT功能基因鉴定与分析
刘翠翠, 李友元, 王永红
2021, 47(4) :438-444. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200719001
摘要:
甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)是三酰基甘油(TAG)合成过程中的关键酶。以谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)CG14为研究对象,利用生物信息学预测了Corynebacterium glutamicum ATCC13032编码GPAT的多个候选功能基因,并选择其中之一cg2777基因进行后续验证,该基因具有典型的GPAT的基因结构域,包含4个跨膜结构域,其编码的氨基酸序列与多种产油细菌来源的GPAT的基因序列具有很高的相似度;通过构建基因cg2777敲除菌株和过表达菌株,结合发酵验证分析,推测基因cg2777行使GPAT功能,但是油脂合成是一个多酶作用的复杂生物催化过程,单一过表达基因cg2777并不能显著提高胞内油脂含量。
不同来源寡聚-1,6-葡糖苷酶异源表达及酶学特性
华烨, 刘鹏, 王永红
2021, 47(4) :445-454. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200629003
摘要:
寡聚-1,6-葡糖苷酶(EC 3.2.1.10)对于乳酸发酵液残糖中含量较高的异麦芽糖有较高的利用活性。基于前期研究工作基础并经BRENDA数据库搜索挑选了5个可能耐高温、耐酸的寡聚-1,6-葡糖苷酶基因(Bacillus coagulans ATCC 7050 的malL BF29_2011(BC1)和malL BF29_2004(BC2)、Bacillus subtilis 168的 malL yvdL BSU34560(BS1)和yugT BSU31290(BS2)以及Bacillus thermoglucosidasius KP 1006的malL(KP)),首次利用pET表达系统在大肠杆菌中进行重组表达、纯化及酶学性质的系统研究。结果显示:BC1、BC2、KP的最适pH为5.0,BS1、BS2的最适pH为6.0。最适温度分别为:KP (60 ℃), BC1 (56 ℃), BC2 (56 ℃), BS1 (43 ℃), BS2 (43 ℃)。Mg2+\begin{document}${\rm{NH}}_4^ + $\end{document}对于BC1的酶催化活性具有激活作用,Co2+、K+\begin{document}${\rm{NH}}_4^ + $\end{document}对于KP有激活作用,但这些离子对于BC2、BS1和BS2都没有明显的激活作用。Zn2+、Cu2+、Ni+对这5种寡聚-1,6-葡糖苷酶都有明显的抑制作用。以对硝基苯-α-D-葡萄糖苷(pNPG)为底物时,酶的转换数和催化效率从高到低依次为:KP > BC1 > BS1 > BS2 > BC2。以乳酸发酵液中的残糖成分作为参考,在以麦芽糖、异麦芽糖、蔗糖、乳糖、海藻糖以及可溶性直链淀粉作为底物测定酶活时,BC1、BC2、KP、BS1的最适底物都是异麦芽糖,BS2的最适底物为麦芽糖。
基于自适应稀疏表示和保局投影的工业故障检测
邬东辉, 顾幸生
2021, 47(4) :455-464. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200610001
摘要:
针对工业过程中检测和储存的数据维度不断增大,传统的检测方法中存在处理速度慢、故障特征提取不明显等问题,提出了一种基于自适应稀疏表示和保局投影(Adaptive Sparse Representation and Locality Preserving Projections, ASRLPP)的故障检测方法。首先利用稀疏字典学习算法构造残差空间对数据进行特征提取,使数据的全局特征更加明显;然后在残差空间中利用保局投影 (Locality Preserving Projections, LPP) 算法进行降维操作,对数据进行过滤降维,保留局部特征;最后利用T2统计量计算控制限进行监控。在检测过程中,引入自适应更新规则,将检测到的正常工况数据用于更新初始训练集,选取更加合理的训练集,动态地调整控制限,使其与所处理的故障数据特征相适应,提高故障检测效率和准确率。通过一个数值例子以及TE(Tennessee-Eastman)过程仿真验证了ASRLPP算法的有效性。
多目标约束的电动汽车实时调度策略
常硕, 牛玉刚, 陈凯炎
2021, 47(4) :465-474. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200817001
摘要:
随着电动汽车并网数量的增多及电池容量的不断增大,不协调的充电会给电网带来巨大压力,甚至会影响电网的稳定运行。相反,合理的电动汽车调度会给电网带来额外的效益。提出了一种滑窗变速优化充电方法对电动汽车进行实时调度,结合实时电价计算充电成本,通过离线网损灵敏度快速求解网损量,采用充电功率波动法量化电池老化成本。以电池老化成本、充电成本和网损成本最小化为目标函数,构建一个多目标优化问题,利用凸优化算法求解得到车网互动(V2G)实时调度策略。在改进的IEEE 33节点配电网上对平均分配、自然充电、全局优化和滑窗变速优化充电方案进行了对比实验,验证了滑窗变速优化充电方案在减缓电池老化、降低充电成本、减少网损、平衡负载等方面的有效性。
基于单模态生理信号无监督特征学习的驾驶压力识别
江润强, 陈兰岚, 谌鈫
2021, 47(4) :475-482. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200728001
摘要:
针对基于多模态生理信号分析的驾驶压力识别会影响驾驶员的行车舒适性,且传统的生理特征的提取需要依赖先验知识的问题,构建了基于单模态生理信号无监督特征学习的驾驶压力识别模型。首先采用单模态生理信号,通过构造卷积自编码器进行无监督的特征学习来提取抽象特征;然后将特征依次送入支持向量机、随机森林、K最近邻、梯度提升决策树4种不同的基分类器进行建模;最后引入集成学习的思想对不同基分类器的输出进行投票集成来提高驾驶压力识别的稳定性与准确性。实验结果表明,该模型在MIT-drivedb数据集的驾驶压力三分类任务中的准确率可达92.8%。
基于CNN-GRU度量网络的多目标跟踪算法
王潇潇, 张雪芹
2021, 47(4) :483-493. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200331001
摘要:
针对复杂场景下多目标跟踪算法存在目标标识切换率高、目标轨迹误报率高的问题,提出了一种基于行人重识别网络和CNN-GRU(Convolutional Neural Networks-Gated Recurrent Unit)度量网络的多目标跟踪算法。通过构建一个CNN和双GRU网络结合的深度度量模型,同时预测跟踪目标轨迹框外观特征和运动特征的时间特性,使提取的目标特征更具有判别性,降低目标的标识切换率。基于CNN-GRU网络自动学习历史目标轨迹框正确匹配的概率,给同一目标的不同轨迹框分配不同的注意力,以此来抑制目标轨迹中误检的目标框对目标整体特征的影响,在降低误报率的同时有效聚合轨迹框的特征。该算法将行人重识别网络输出的特征计算得到的检测框和轨迹框的相似度,以及CNN-GRU网络直接输出的相似度作为数据关联部分的匹配成本。在标准多目标跟踪数据集上的实验结果验证了本文算法的有效性。
考虑三维波纹度影响的深沟球轴承振动噪声计算方法研究
孙敏杰, 安琦
2021, 47(4) :494-503. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200411005
摘要:
波纹度误差是影响滚动轴承振动和噪声性能的重要因素。以深沟球轴承为研究对象,通过自相关函数构建了轴承内外圈滚道三维波纹度模型,通过力学分析建立了内圈轴心及滚动体中心的运行轨迹的计算方法,并采用相应的声学模型,运用声源复合的方法对轴承的噪声进行定量计算。通过具体算例,研究了内圈和滚动体的声辐射特性,发现轴承的噪声辐射在空间中具有一定的指向性;研究了内圈和滚动体的声压频谱特性,发现其峰值与滚动体通过内外圈的频率及倍频有关;研究了不同波纹度误差对轴承各组分声压信号的影响,发现声压信号的峰值和均方根值均随着波纹度误差的增加而近似线性增大。
基于资源约束的多无人机联盟的任务分配
王辉, 刘爽
2021, 47(4) :504-509. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200713005
摘要:
随着现在无人机作战任务日趋复杂,单个无人机可能没有足够的资源单独完成分配的任务,因此,无人机必须组成联盟来共同执行任务,从而更高效地完成任务。同时,根据任务难度的不同,本文提出了相应的任务分配算法,也计算了每个联盟执行各个任务的成功率和效能,从而选择效能最大的联盟来执行该任务。为了验证该算法的有效性,在Matlab中进行了仿真实验分析和对比,实验数据表明,多无人机联盟执行任务可以大大提高任务执行的成功率和效能。
亚音速喷流出口扰动对湍流与声场模拟的影响
许聪, 刘琪麟, 赖焕新
2021, 47(4) :510-518. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20200603001
摘要:
采用大涡模拟方法计算出口马赫数Ma=0.75、雷诺数ReD=8.7×105的圆口喷射流动,研究了改进的来流多模态线性不稳定扰动和涡环扰动对促成转捩、湍流特性以及远声场结果的影响。研究结果表明,与来流无扰动的情况相比,两种扰动方式均有利于破坏喷口环状涡的周向稳定性,从而加速剪切层转捩,逼近实际喷口的湍流状态;且多模态线性不稳定扰动工况的喷口速度脉动水平高于涡环扰动下的喷流,能更早地触发转捩。从远声场的结果来看,两种扰动方法有效地减少了计算模型中因转捩和涡配对而导致的低频噪声误差,从而吻合实验数据。