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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

2020年46卷6期

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研究论文
煤气化装置中的粉煤流量调节阀数值模拟研究
陈美华, 陆海峰, 郭晓镭, 龚欣
2020, 46(6) :715-721. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190819001
摘要:
粉煤流量调节阀是气流床粉煤气化技术中用于控制粉煤流量的关键装置,其内部流场特性研究对粉煤调节阀的结构设计和工艺操作控制具有重要影响。借助计算颗粒流体动力学(CPFD)的数值模拟方法,研究了粉煤流量调节阀内气固两相流动特征。结果表明,CPFD数值模拟方法适合于研究工业规模的粉煤流经调节阀的气固两相流动过程,并获得了阀门流量特性曲线和气固两相流经调节阀的沿程压力、速度和浓度等分布规律。
一株降解页岩气采出水耐盐菌的分离鉴定与特性
金艳, 张永红, 宋兴福, 连伟, 何化, 于建国
2020, 46(6) :722-729. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190603001
摘要:
以不同高盐废水和土壤样品为菌源,从中分离筛选出对页岩气采出水中有机物具有最佳降解效果的优势菌株,通过形态学观察、革兰氏染色和16S核糖体DNA(16S rDNA)基因序列分析,鉴定该菌为芽孢杆菌,菌株生长过程中产生分解尿素的尿素酶和硫化氢,能水解利用淀粉和还原硝酸盐。考察了不同因素对该菌株生长的影响,结果表明菌株在NaCl质量分数为0~8%下生长良好,属于中度耐盐菌;菌株生长的最佳pH值为5~7,最佳碳源为葡萄糖,最佳氮源为尿素。
耐盐菌MBR系统处理页岩气采出水性能及膜污染特性
金艳, 张永红, 宋兴福, 连伟, 何化, 于建国
2020, 46(6) :730-736. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190606001
摘要:
利用耐盐菌降解页岩气采出水中有机物和氨氮,分别考察了缺氧反应器-膜生物反应器(AR-MBR)和单独膜生物反应器(MBR)的处理性能和膜污染特性。研究结果表明,AR-MBR系统的处理能效优于单独MBR,总有机碳(TOC)去除率分别为88%和80%,氨氮去除率分别为90%和75%,并且AR-MBR的跨膜压差(TMP)上升相对缓慢,AR-MBR总膜污染速率比MBR中的总膜污染速率小,主要原因一方面是AR-MBR中菌絮体粒径相比MBR中的菌絮体粒径更大,不易堵塞膜孔;另一方面是AR-MBR中溶解性微生物代谢产物(SMP)和微生物胞外聚合物(EPS)含量较低,而蛋白质与多糖的质量浓度比值较高,膜污染物质减少缓解了膜污染现象。
基于环糊精包合作用的聚氨酯复合吸附材料
吴宏翔, 袁镇豫, 王煜, 郭旭虹, 王杰
2020, 46(6) :737-744. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190923005
摘要:
利用脂肪族异氰酸酯(六亚甲基二异氰酸酯HDI)和芳香族异氰酸酯(对苯二异氰酸酯PDI、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI)作为交联剂与β-环糊精(β-CD)反应分别合成了3种β-环糊精/聚氨酯复合材料(CD-HDI、CD-PDI和CD-MDI),并通过扫描电镜、红外光谱、热重分析和紫外分光光度计等方法对复合材料的结构及复合材料对双酚A(BPA)和亚甲基蓝(MB)的等温吸附行为和吸附动力学进行了研究。采用不同等温吸附模型和动力学方程对实验数据进行拟合,结果表明,此类β-环糊精/聚氨酯复合材料表现出了优异的吸附性能且具有良好的可再生性,其中CD-MDI对BPA的最大吸附容量为116 mg/g,CD-PDI对MB的最大吸附容量为 26.5 mg/g,同时CD-PDI的吸附速率最快。
高温火焰处理纳米二氧化硅及其对硅橡胶的补强性能
常成, 戴一铭, 段先健, 王跃林, 胡彦杰, 李春忠
2020, 46(6) :745-752. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190717005
摘要:
分散性是影响纳米二氧化硅应用性能的重要指标。提出了采用高温快速火焰处理沉淀法纳米二氧化硅颗粒的方法,考察了该方法对纳米二氧化硅颗粒表面结构及分散性的影响,同时研究了纳米二氧化硅对硅橡胶的补强作用。结果表明:在最优化处理工艺条件下,高温火焰处理后纳米颗粒吸附水的质量分数相比于未处理样品降低了28.3%,表面羟基数目减少了27%;将处理后纳米颗粒用于硅橡胶补强填料,其拉伸强度相比于未处理样品提高了41.6%,撕裂强度提高了100%。
富集-部分洗脱-固相光谱法快速测定水样中痕量汞离子
朱莹, 李龙, 江成德, 边丽, 杨仕骏, 倪晨杰, 杜一平
2020, 46(6) :753-757. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191022001
摘要:
基于实验室研发的固相萃取-固相光谱联用仪测试手段,提出了一种有效解决干扰,快速、灵敏检测河水中Hg2+的方法。以双硫腙为显色剂,将溶液中的Hg2+生成橙色的汞-双硫腙络合物,以混合纤维素膜为富集材料,将该络合物富集到膜上,在膜上进行碱洗去除多余的双硫腙后,直接测定膜的漫反射可见光谱,实现Hg2+的定量分析。采用碱选择性地洗脱过量双硫腙,通过加入乙二胺四乙酸(EDTA)二钠掩蔽剂去除Cu2+、Cd2+对Hg2+的干扰,有效解决了干扰问题。在最佳操作条件下,标准曲线的线性范围为0.5~30 μg/L,相关系数(R2)为0.993,检出限为0.444 μg/L。将该方法用于河水、自来水中Hg2+的检测,加标回收率为91.3%~108.0%,相对标准偏差为2.06%~9.68%。
基于改进生物地理学优化算法的分布式装配置换流水车间调度问题
黄佳琳, 张丫丫, 顾幸生
2020, 46(6) :758-769. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190828001
摘要:
提出了一种改进的生物地理学优化(MBBO)算法,以最小化最大完工时间为目标,求解分布式装配置换流水车间调度问题。MBBO算法在初始化阶段利用加工时间最短(SPT)规则和NR2规则对生成的可行解进行初步优化;然后在变异阶段采用基于工厂完工时间的工件插入启发式方法调整工件的工厂分配及加工顺序;最后结合模拟退火算法,跳出局部最优解,增强算法的全局搜索能力。对900个小型实例和540个大型实例进行仿真计算,并与现有的12种启发式与元启发式算法以及基本生物地理学优化(BBO)算法进行比较,证明了MBBO算法的优越性,同时更新了70个实例的最新已知最优方案。
基于改进差分进化算法的裂解反应动力学系数辨识
叶贞成, 王鑫, 梅华
2020, 46(6) :770-779. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190910002
摘要:
Kumar模型一次反应方程选择性系数辨识问题具有非线性强、维度高、计算时间长、要求精度高等特点,标准差分进化算法(DE)在解决该问题时易早熟、陷入局部最小。针对这一问题,提出了一种新的分类变异参数自适应差分进化(Classification Variation Parameter Adaptive Differential Evolution, CVPADE)算法。结合分类变异策略与改进的控制参数自适应进化策略,使适应度较好的优秀个体着重增加局部搜索能力,适应度较差的个体增强全局搜索能力,同时加快趋向最优解的收敛速度,加快了种群整体收敛速度,并平衡了种群开发能力。与DE算法、控制参数自适应差分进化算法(jDE)进行对比,结果表明本文算法的耗时相对DE算法和jDE算法分别降低了40%与35%,证明了该算法对Kumar模型一次选择性系数的辨识问题具有显著的改进效果。
一种基于超体积指标的多目标进化算法
王学武, 魏建斌, 周昕, 顾幸生
2020, 46(6) :780-791. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190917001
摘要:
基于超体积指标的进化算法能够有效地解决多目标优化问题,可以获得收敛性和分布性均较好的解集,但计算复杂度高、程序运行效率低。针对二维和三维的多目标优化问题,提出了一种基于超体积指标的多目标进化算法(MOEA-HV)。利用精确计算种群中个体的独立贡献超体积来指导种群进化,在基于指标的进化算法(IBEA)前对所有种群个体进行非支配排序,提前删除被支配的个体,从而减少个体独立贡献超体积的计算量来提升运行效率,同时与NSGA-Ⅲ算法相结合来优化算法的分布性。实验结果表明,MOEA-HV算法的运行效率更高,且能够获得较好的收敛性和分布性。
基于多相关性的导联前向搜索算法用于运动想象分类
殷飞宇, 金晶, 王行愚
2020, 46(6) :792-799. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190901002
摘要:
针对基于运动想象(Motor Imagery, MI)的脑-机接口(Brain-Computer Interface, BCI)系统中导联过多的问题,提出了一种多相关性导联前向搜索(Multi-correlation Forward Searching, MCFS)算法来优化导联集,改善系统性能。首先基于训练集对导联集进行前向搜索,同时以验证集分类精度更新对3种相关性算法的信任值;然后根据3种相关性方法的信任值,选择优质导联组合,采用共空间模式(Common Spatial Pattern, CSP)获得运动想象特征,通过线性核的支持向量机(Support Vector Machine, SVM)训练分类模型。对该算法在两个数据集(BCI竞赛IV中的data set I数据集I和BCI竞赛III中的data set IVa)上进行验证,分别得到了81%和87%的平均分类精度。此外,与其他3种常用导联选择方法相比,MCFS算法获得了最高的平均分类精度,性能优越,为基于运动想象的BCI系统的应用提供了技术参考。
基于返回地址签名的控制流攻击检测方法
余云飞, 汪鹏君, 张跃军, 张会红, 张海明
2020, 46(6) :800-806. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190826005
摘要:
攻击者利用软件漏洞劫持程序的执行流向,将其导向恶意代码shellcode或组成恶意代码指令处并执行,最终达到控制整个系统行为的目的,这种恶意攻击方式称为控制流攻击。通过对控制流攻击原理的研究,提出了基于返回地址签名的控制流攻击检测方法。该方法首先在处理器执行程序调用指令call时,触发伪随机数发生器生成密钥K与压栈返回地址进行异或操作,利用MD5算法为异或后的压栈返回地址生成压栈签名值;然后在执行程序返回指令ret及返回地址弹出堆栈时,使用密钥K与出栈返回地址进行异或操作,异或后的出栈返回地址作为MD5算法的输入,生成出栈签名值;最后根据压栈签名值与出栈签名值是否匹配检测控制流攻击。实验结果显示:返回地址签名值具有良好的随机性且攻击者可用的控制流指令平均减少率达到81.27%,可以有效地检测因返回地址被恶意篡改而引起的控制流攻击。
基于双向门控循环单元神经网络的间歇过程最终产品质量预测
骆楠, 祁佳康, 罗娜
2020, 46(6) :807-814. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190926001
摘要:
从具有共性的间歇过程终点质量预测问题出发,针对生产过程的时间序列特性进行分析,提出了一种基于双向门控循环单元神经网络的预测模型,对不等长间歇过程进行最终产品质量预测。结合实际生产中对预测值的要求,构建了适应间歇过程的损失函数,使模型在保证预测精度的前提下满足预测要求,从而获得更大的生产效益。将使用不同损失函数的双向门控循环(GRU)单元神经网络与多向偏最小二乘(MPLS)、神经网络(NN)、支持向量回归(SVR)以及门控循环单元神经网络的预测结果进行实验对比,结果表明双向门控循环单元神经网络具有更强的适用性和更高的准确性。
刀片式多排密集圆孔气体冲击射流冷却的实验研究
邢改兰, 赖焕新, 刘华飞
2020, 46(6) :815-821. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190916001
摘要:
刀片式多排圆孔气体射流可用于受限表面的密集冷却。考察了喷射高度和雷诺数对密集圆孔气体射流冲击光滑平板换热效果的影响。应用热薄膜法测量壁面温度并利用等热流加热获得平均对流换热系数,在射流雷诺数(ReD)的取值范围为5 000≤ReD≤48 500、量纲为一喷射高度(H/D)分别为6.25、7.50、12.5时,平均努谢尔数随ReD增加而递增,并与H/D的0.606次幂成反比。建立了平均努谢尔数关于ReD、普朗特数(Pr)和H/D的准则关系式,以及密集气体冲击射流冷却的换热准数方程。实验结果与Martin公式的模拟结果比较表明:刀片式圆孔喷嘴密集布置喷孔后,开孔率提高,换热系数大幅提高,约为采用Martin公式得到的换热系数计算值的1.4倍。实验数据与Gardon公式的计算结果非常吻合,与Martin公式的计算结果差别显著,但引入修正函数后与后者能很好地拟合。
利用电磁诱导透明提高光栅应变传感灵敏度
钟华, 龚尚庆
2020, 46(6) :822-827. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190523005
摘要:
提出了一种基于电磁诱导透明慢光的马赫-增德尔干涉解调方案,用于提高光纤布拉格光栅应变传感器的传感灵敏度。理论研究表明,采用常用的Λ型三能级原子系统,在合适的控制场条件下,可以获得较高的群折射率,从而提高光栅应变传感灵敏度。进一步分析了控制场对传感量程和传感灵敏度的影响,根据理论计算,在加入控制场强度G为60 MHz的电磁诱导透明介质后,该系统的应变测量范围为−50 ~50 nε,应变灵敏度约为−40 Rad/με,这比基于马赫-增德尔干涉解调的光纤布拉格光栅应变传感的灵敏度提高约3 000倍。
针对信息物理系统线性欺诈攻击的水印加密策略
汪迪, 李芳菲, 许思遥, 刘昌洪
2020, 46(6) :828-832. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191016001
摘要:
利用水印加密策略来防御信息物理系统(CPS)的线性欺诈攻击。线性欺诈攻击可以降低系统的远程估计性能,很难被检测器检测。采取KL散度检测器和水印加密的方式来保护系统传输的数据,并证明这一方法可以有效地帮助KL散度检测器检测攻击或降低攻击的效果,最后给出了数值模拟进一步说明水印加密策略的有效性。
定向图的张量代数中的单元
徐一丹, 李建奎, 李姗
2020, 46(6) :833-837. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191029003
摘要:
对于任何可数的定向图\begin{document}${ G}$\end{document},证明了张量代数\begin{document}${ T}_{ G}^ +$\end{document}中的单元生成的线性子空间在\begin{document}${ T}_{ G}^ +$\end{document}中是稠密的。对于有限的定向图\begin{document}${{ C}_n}$\end{document},证明了\begin{document}${ T}_{{{ C}_n}}^ +$\end{document}中的每个元素可以写成\begin{document}${n^2}$\end{document}个单元的线性组合。
并行系统中排列图的可靠性近似算法
于中宝, 邵方明
2020, 46(6) :838-842. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180531001
摘要:
讨论了排列图子图可靠性界的鲁棒性问题和可靠性的近似算法,并构造了排列图的蒙特卡罗算法。仿真结果说明所构造的蒙特卡罗算法远优于已知的近似算法,A3,2子图可靠性的蒙特卡罗近似计算误差小于1%。
直径限定可靠性计算的冗余边的检测算法
熊祥军, 邵方明, 张祖渊, 管建民
2020, 46(6) :843-848. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20190124001
摘要:
本文给出了路径长度的新度量方法,将st-路分类为实际路径(RP),伪路径(PP),组合路径(CP)和包含特定边(SPE)的最短st-路,明确通过测量PP,RP和CP可以计算SPE的长度;同时提出了一种检测隐藏冗余边的算法,该算法的复杂度为多项式(O(n4))。实验结果表明了该算法的有效性。