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  • ISSN 1006-3080
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化学工程
CuO/ZnO/Al2O3改性催化剂上CH3OH重整制氢的研究
王康, 李涛, 张海涛
2022, 48(3) :281-289. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210308003
摘要:
采用Langmuir-Hinshelwood型双速率动力学模型方程对CH3OH水蒸气重整制氢反应本征动力学实验数据进行拟合,同时探讨了反应条件对CH3OH水蒸气重整制氢反应的影响。结果表明:反应器出口气体中CO和CO2摩尔流率的计算值与实验值较吻合,说明所采用的双速率动力学模型适用。考察CuO/ZnO/Al2O3改性催化剂在200 ℃和300 ℃下的失活现象,表征结果表明,催化剂失活的主要原因有热烧结、催化剂比表面积减小、介孔比例减少、活性组分CuO流失、CuO晶粒变大等,但高温反应产生的高含量CO对催化剂失活没有产生明显影响。
甲烷催化双重整过程模拟
庄炜杰, 仇鹏, 曾泽李, 代正华, 王辅臣
2022, 48(3) :290-296. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210313004
摘要:
以甲烷重整转化炉为研究对象,基于动力学模型,考察了温度、压力与进料物质的量之比对甲烷双重整反应过程的影响。结果表明:在压力3.2 MPa下,甲烷、水蒸气与二氧化碳的转化率均随温度的升高而增大。与甲烷水蒸气重整反应相比,甲烷二氧化碳重整反应的反应温度更高,二氧化碳于650 ℃开始进行转化。随着压力的增大,甲烷、水蒸气和二氧化碳的转化率都快速下降。当压力达到3.5 MPa时,甲烷、水蒸气与二氧化碳的转化率均小于40%,但压力对氢气与一氧化碳的物质的量之比的影响不明显。反应体系中二氧化碳的增加有利于提高甲烷转化率,但会使水蒸气转化率大幅度降低。 因此可以通过调节温度和进料中水蒸气和二氧化碳的物质的量之比来调整反应产物中氢气与一氧化碳的物质的量之比。
多级孔ZSM-5和β分子筛催化裂解正庚烷增产烯烃
欧苏慧, 潘小燕, 郑一凡, 刘纪昌, 宋佳, 段泽康
2022, 48(3) :297-306. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210309001
摘要:
采用溶剂挥发自组装法和取向连接生长法制备了多级孔结构的10元环ZSM(Zeolite Socony Mobil)-5分子筛和12元环β分子筛,并考察了其催化裂解正庚烷的性能。引入介孔后分子筛酸强度更低且扩散能力更强,能够有效减少氢转移的副反应发生,多级孔ZSM-5-HTS(其中HTS为十六烷基三甲氧基硅烷)分子筛与β-HTS分子筛可分别将低碳烯烃收率提高16.78%和21.63%。多级孔β-HTS分子筛在优化反应条件下,双烯收率为50.29%,比多级孔ZSM-5-HTS分子筛高10.37%,且丙烯选择性可达32.68%,丙烯选择性较高归因于其独特的三维12元环孔道结构和较好的介孔与微孔连通性。
Fe2O3修饰CaSO4/Ben载氧体化学链燃烧反应特性
穆丽颖, 肖慧霞, 张志丰, 蔡志阳, 王亦飞, 于广锁
2022, 48(3) :307-315. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210313005
摘要:
分别采用间歇式流化床反应器和热重分析仪进行多次循环实验及反应性能测试,研究了Fe2O3在化学链燃烧过程中对CaSO4/Ben(膨润土)载氧体的催化作用,并对比Fe2O3不同添加量(质量分数)时CaSO4/Ben载氧体与CO的反应活化能。结果表明,添加Fe2O3后CaSO4/Ben载氧体的比表面积和孔容增加,还原反应速率提高,并使系统内维持较高浓度的CO2;添加Fe2O3可抑制CaSO4生成CaO和含硫气体的反应,提高CaSO4/Ben载氧体循环反应的稳定性;Fe2O3的最佳添加量为w =15.0%,该添加量下CaSO4/Ben载氧体与CO反应的活化能由88.72 kJ/mol降低至43.08 kJ/mol,反应活性显著提高。
硅藻土对垃圾焚烧过程中重金属分布的影响
唐彪, 吴安, 李彪, 吴亭亭
2022, 48(3) :316-323. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210310001
摘要:
选用管式炉作为燃烧反应器,研究了硅藻土对垃圾焚烧过程中重金属Pb、Cd、Cu和Zn分布特性的影响,并运用HSC Chemistry 6.0软件进行热力学模拟。实验结果表明:硅藻土使得重金属更多地分布于底灰中,对重金属的吸附作用随着其质量分数的增加逐步提升。600~800 ℃范围内硅藻土对重金属最佳吸附效率依次为Cd > Zn > Pb > Cu,900 ℃硅藻土对重金属的最佳吸附效率依次为Cd > Pb > Zn > Cu。模拟结果表明硅藻土能够与Pb、Cd、Zn反应生成相应的硅酸盐,对Cu的形态变化无影响。
材料科学与工程
壳聚糖仿生黏合剂的一步原位制备及性能研究
刘慧清, 张鹏, 陈河操, 张春亚, 郭旭虹, 王杰
2022, 48(3) :324-331. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210307001
摘要:
邻苯二酚可赋予组织黏合剂优异的耐湿黏附能力。利用一步原位法,仅需壳聚糖(CS)的Fe3+溶液与3,4-二羟基苯甲醛(DBA)溶液的机械混合,通过CS与DBA之间的席夫碱反应、Fe3+与DBA之间的氧化配位作用,即可实现黏合剂的快速制备。所得黏合剂表现出可控的成胶时间、黏合强度、流变性质以及优异的表面适应性与稳定性。较传统的席夫碱-还原法,一步原位法可获得更优异的黏合强度(48.8 kPa),且制备时长缩短至几分钟,为新型黏合剂的快速制备提供了重要途径。
CuO、B2O3和Li2O共掺低温烧结BaTiO3陶瓷
成臣, 李蔚
2022, 48(3) :332-336. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210301001
摘要:
将CuO、B2O3和Li2O共掺,低温烧结制备了BaTiO3陶瓷,探讨了随着烧结温度的提高,BaTiO3陶瓷样品密度、物相组成和显微结构的变化。结果表明:CuO、B2O3和Li2O共掺可有效降低BaTiO3陶瓷的烧结温度;在950 ℃保温2 h可获得密度为5.75 g/cm3(相对密度为95.6%)的四方相的BaTiO3陶瓷,但更高的烧结温度会使样品密度下降,当烧结温度为1100 ℃时样品密度仅为5.23 g/cm3(相对密度为86.9%);所得BaTiO3陶瓷的显微结构随着烧结温度的升高出现明显变化,晶粒迅速长大。0.7%CuO-1.5%B2O3-0.3%Li2O(BCL)(0.7%、1.5%、0.3%为质量分数)共掺时产生的低共熔相和固溶反应是降低烧结温度的主要原因。
低温烧结Al2O3陶瓷微波介电性能
董光宇, 李蔚, 袁翠
2022, 48(3) :337-342. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210319002
摘要:
考察了复合添加剂0.4%CuO-0.5%TiO2-0.1%Nb2O5(均为质量分数,下同)掺杂Al2O3陶瓷材料的显微结构和微波介电性能。结果表明,添加量为1%(质量分数)的0.4%CuO-0.5%TiO2-0.1%Nb2O5复合添加剂可以有效地降低Al2O3陶瓷的烧结温度;1150 ℃时烧结的样品显微结构均匀且相对密度可以达到96%;随着烧结温度升高材料密度也随之增大,但是出现了晶粒异常长大以及杂相物质聚集现象;这种低温烧结的Al2O3陶瓷材料具有较高的Q×f值(Q为品质因数,f为谐振频率),在1150 ℃下烧结样品的最大Q×f值为64632 GHz,讨论了低温下Al2O3陶瓷材料致密化的原因,及其异常的晶粒长大行为和微波介电性能的变化趋势。
信息科学与工程
基于改进灰狼算法优化的支持向量机锌耗预测
张佳琦, 顾幸生
2022, 48(3) :343-351. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210128001
摘要:
为了提高生产镀锌板的锌锭需求预测精度,提出了一种基于改进灰狼(Improved Grey Wolf Optimization,IGWO)优化算法的支持向量机回归(Support Vector Regression,SVR)的锌耗预测建模方法。针对传统灰狼优化算法收敛快、易早熟的缺陷,首先采用混沌Tent映射策略初始化种群,增强种群的多样性和分布均匀性;其次引入控制参数的自适应调整策略,以平衡算法的搜索能力和开发能力;最后在位置更新过程中融合差分进化,降低算法误收敛的可能性。采用典型基准测试函数进行仿真实验,结果表明IGWO算法的综合性能优越,寻优能力更佳。基于某钢厂某机组的生产实际数据对锌锭消耗量进行建模预测,利用IGWO算法对SVR进行参数优化(IGWO-SVR),实验结果表明,IGWO-SVR具有更高的预测精度、更好的稳定性和更优的泛化能力。
一种可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声实时定位系统
肖坛, 郑力国, 凌小峰, 张雪芹
2022, 48(3) :352-359. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210110002
摘要:
针对违章鸣笛车辆的定位问题,提出了一种基于分布式传声器阵列的运动声源快速定位系统。采用全球导航卫星系统(GNSS)时钟实现传声器间的时间同步,并将同步采集的声音信息传送到云端数据库,应用云计算技术实现声源定位算法。相比于集中式传声器阵列,该系统可大幅降低传声器的数量和运算资源,具有成本经济、部署灵活的优点。采用基于到达时间差-到达频率的快速定位算法,充分利用多普勒效应导致的分布式传声器之间到达频率差异信息来克服到达时间差法难以适应运动声源的瓶颈,避免了计算复杂、运算量大的消除多普勒效应过程,具有运算复杂度低、且能适应高速运动声源的优点。系统仿真和现场实验结果均表明该系统能够实现对高速运动声源的快速精确定位,可较好地适用于汽车鸣笛声定位场景。
面向性别识别的基于GAN的域自适应模型
吕乔健, 陈宁
2022, 48(3) :360-365. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210104002
摘要:
在实际应用场景中,由于实际语音数据与模型训练数据存在较大差异,导致基于音频的性别识别模型的性能严重下降。为了解决这一问题,提出了一种结合生成对抗网络(GAN)和GhostVLAD层的域自适应模型。基于GhostVLAD的引入可有效减少语音中噪声和无关信息的干扰,而基于GAN思想的训练方法可以实现模型对目标域数据的自适应。在对抗训练中,通过引入辅助损失保持网络对性别特征的表征能力。采用Voxceleb1数据集作为源域,Audioset和Movie数据集分别作为目标域,对本文的域自适应模型的性能进行测试实验。实验结果表明,相比于基于卷积神经网络的性别识别模型,本文模型可将性别识别的准确率分别提高5.13%和7.72%。
一种新的不常用备件需求预测和库存优化方法
孔子庆, 刘白杨, 刘济
2022, 48(3) :366-372. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210223004
摘要:
不常用备件具有需求量变化剧烈、需求发生间隔期长且不确定的特点,从而引发了备件需求预测失准而无法做出合理库存决策的问题。为此,提出了一种新的需求预测和库存优化相结合的方法以提高决策的精准度。利用高斯过程回归法预测需求发生间隔,结合Bootstrap增广样本统计方法来预测备件的需求概率分布;基于该概率统计结果,建立库存总成本最小的随机库存优化模型,采用粒子群算法求解得到最优库存决策变量。两个实际工业备件的实验结果表明,本文方法具有更高的预测精度,同时,在满足服务水平约束下库存决策实现了更低的库存总费用,具有实用性。
基于宽深学习网络的音乐情感识别
王晶晶, 黄如
2022, 48(3) :373-380. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210225007
摘要:
将梅尔频率倒谱系数(Mel Frequency Cepstral Coefficient, MFCC)和残差相位(Residual Phase, RP)进行加权结合来提取音乐情感特征,提高了音乐情感特征的挖掘效率;同时为了提高音乐情感的分类精度,缩短模型训练时间,将长短期记忆网络(Long Short-Term Memory, LSTM)和宽度学习系统(Broad Learning System, BLS)相结合,使用LSTM作为BLS的特征映射节点,搭建了一种新型宽深学习网络(LSTM-BLS)进行音乐情感识别分类训练。在Emotion数据集上的实验结果表明,本文算法取得了比其他复杂网络更高的识别准确率,为音乐情感识别的发展提供了新的可行性思路。
基于相似性聚类的交通流概率组合预测模型
王旭鹏, 王梦灵
2022, 48(3) :381-387. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210208001
摘要:
针对交通流呈现出周期性动态变化特征,充分挖掘并利用交通流数据潜在的时段相似性特征,提出了一种基于相似性聚类的交通流概率组合模型。首先采用自适应k-means++聚类方法对历史交通流数据进行聚类,对具有周期相似性的交通流数据进行分类,然后针对同类特征序列数据集构建子组合模型。针对新输入的交通流状态数据,分析其与已分类数据的相似度计算组合模型的概率权重,然后通过概率加权融合组合模型预测输出。仿真实验验证了本文模型的有效性与准确性。
机械与动力工程
欠膨胀超声速冲击射流的大涡模拟
郑枫弋, 赖焕新
2022, 48(3) :388-396. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210319001
摘要:
使用大涡模拟方法对喷管总压与环境压力之比为\begin{document}$4.03$\end{document}、喷管高度与喷口直径之比为\begin{document}$2.08$\end{document}的欠膨胀冲击射流进行研究,并考察流场的特性与波系的结构。数值结果清晰地表明了激波的位置与结构的周期性以及在冲击壁面与喷管唇部之间存在的反馈环。对脉动压力进行快速傅里叶变换的结果表明,反馈环与冲击单音具有相同的频率。通过对脉动速度进行本征正交分解,计算出各阶模态及其能量贡献率,并且讨论了湍流场中大尺度相干结构的产生、发展和演化现象。
数学
求解正定线性方程组的外推的PSS迭代方法
吴思婷, 鲍亮, 黄景宣
2022, 48(3) :397-404. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210312001
摘要:
为了更高效地求解大型稀疏正定线性方程组,提出了一种外推的正定和反Hermitian迭代方法。新方法首先对系数矩阵进行正定和反Hermitian分裂(PSS),再构造出了一种新的非对称二步迭代格式,同时理论分析了新方法的收敛性,并给出了新方法收敛的充要条件。数值实验表明,通过参数值的选择,新方法比PSS迭代方法和外推的Hermitian和反Hermitian分裂(EHSS)迭代方法具有更快的收敛速度和更小的迭代次数,选择合适的参数值时新方法的收敛效率可以大大提高。
基于字典序乘积下广义和连通度指标的上下界
李志豪, 朱焱
2022, 48(3) :405-410. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210204001
摘要:
对于图\begin{document}$ G $\end{document},令\begin{document}$ E\left(G\right) $\end{document}\begin{document}$ {d}_{G}\left(v\right) $\end{document}分别表示\begin{document}$ G $\end{document}的边集和顶点\begin{document}$ v $\end{document}的度。对于边\begin{document}$ e=uv $\end{document},定义广义和连通度指标\begin{document}$ {\chi }_{\alpha }\left(e\right)={({d}_{G}\left(u\right)+{d}_{G}(v\left)\right)}^{\alpha } $\end{document},其中\begin{document}$ \alpha $\end{document}为任意实数。在对两个简单的连通图\begin{document}$ G $\end{document}H做乘积之前,先对其中一个图H进行\begin{document}$ S, R, Q, T $\end{document}4种运算,运算后的图记为\begin{document}$ F\left(H\right) $\end{document}(其中\begin{document}$ F\in \{S, R, Q, T\} $\end{document}),再对图\begin{document}$ G $\end{document}\begin{document}$ F\left(H\right) $\end{document}做字典序乘积,给出了基于字典序乘积下图的广义和连通度的指标上下界,并且这些界都是最好的。
非对称三参数广义误差分布的参数估计及应用
张文清, 钱夕元
2022, 48(3) :411-418. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210308001
摘要:
针对实际数据的尖峰厚尾和非对称特性,通过在广义误差分布中加入偏度参数,同时分别引入两个参数控制左尾和右尾,构造了一个新的非对称三参数广义误差分布。本文首先研究了该分布的基本性质,包括累积分布函数、分位数函数及各阶原点矩等,并给出了随机变量的抽样方法;其次分别给出了用矩估计、极大似然方法和贝叶斯估计法来估计该分布参数的步骤,并通过马尔科夫链蒙特卡罗方法生成的模拟数据验证比较了这3种方法;最后将该分布应用于两组实际数据中,利用非对称三参数广义误差分布对尖峰厚尾非对称的数据进行拟合。