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2018, 38 (06): 0-.
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本期推荐

拉曼光谱探究二维原子晶体结构和物性的研究进展
郭怀红，赵波
2018, 38 (06): 1-09. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.001
摘要 ( ) PDF ( 7706KB ) ( ) 　　
二维原子晶体在纳米电子器件、光电子器件方面具有潜在的应用前景，近年来引起了广泛关注。拉曼光谱一直以来被公认为材料结构独一无二的“指纹光谱”，具有快速、准确、样品无损伤、无需样品预处理、大大节省研究成本等重要特点。随着大量新型二维原子晶体的成功制备，拉曼光谱将在相应指纹光谱的建立和奇异物性的发掘方面大显身手。本文概述了拉曼光谱在探测二维原子晶体的堆垛方式、层数、晶格取向的各向异性、缺陷等结构表征方面的研究进展，同时也概述了共振拉曼光谱在揭示二维原子晶体中电子与光子、电子与声子之间的相互作用，甚至在获取晶格振动声子结构等方面的重大作用，为读者提供了一个审视拉曼光谱在纳米材料基础研究和功能化应用研究方面扮演的重要地位的新视角。
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化学与化学工程

负载型Al(OH)₃/SiO₂的合成及对铀酰的吸附性能
王培松,于芳，金宇，张熙，张清晨，李映雪，王锐
2018, 38 (06): 10-16. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.002
摘要 ( ) PDF ( 3966KB ) ( ) 　　
制备了负载型吸附剂Al(OH)₃/SiO₂，研究其对铀酰离子的吸附行为。分别考察了吸附剂质量、溶液pH、初始浓度、温度和吸附时间对吸附性能的影响；结合吸附等温线、热力学以及动力学初步研究了吸附机理，并探究了共存离子和富里酸对吸附性能的影响。结果表明，当吸附剂质量0.03 g、pH=5、初始浓度1 mmol/L、温度303 K、吸附时间60 min时，最大吸附量为110.4 mg/g，可以重复使用4次；Al(OH)₃/SiO2对铀酰离子的吸附过程是吸热且自发进行，以单分子层吸附为主，吸附行为符合准二级动力学模型，化学吸附是速率控制步骤。
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重质原油水热裂解降黏技术研究进展
荣青山，黎胜可，张霜，赵悦，蔡耀荣，施岩
2018, 38 (06): 17-20. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.003
摘要 ( ) PDF ( 1543KB ) ( ) 　　
随着常规原油产量下降，重质原油的开采和应用逐渐受到人们重视，但是重质原油密度高、黏度大、开采难度大是重质原油开采所面临的问题。重质原油的降黏方式有很多种，其中改质降黏和非改质降黏是重质原油降黏的两种重要方式，非改质降黏技术有加热降黏、掺稀降黏、化学降黏等，改质降黏有两种方法，分别为水热裂解和轻度热裂化。水热裂解降黏技术是基于热裂化之上更高效的一种降黏方法，在适当的反应条件和适合的催化剂条件下，能显著降低重质原油的黏度，是一种应用前景较好的重质原油开采技术。
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清洁自转向剂合成与现场应用
崔福员，贾红战，李文杰，杨彬，徐杏娟，谷庆江
2018, 38 (06): 21-25. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.004
摘要 ( ) PDF ( 2566KB ) ( ) 　　
以油酸、3-二甲氨基丙胺和氯乙酸钠为原料，通过缩合和季铵化两步反应合成一种甜菜碱型两性表面活性剂作为自转向剂，考察催化剂、原料物质的量比、反应温度、反应时间等因素对油酸转化率的影响，确定最佳工艺条件。合成产品与优选助剂形成清洁自转向酸体系，该转向酸体系均一稳定，鲜酸黏度低，易于泵入，当体系HCl质量分数降至3%时，体系黏度达到219 mPa·s，酸液体系遇到原油时发生破胶，破胶液黏度为3 mPa·s，无残渣，易于返排。现场应用结果表明，该体系转向效果良好，投产后增产效果明显。
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罚函数及高斯牛顿拟合优化磷酸铵镁法
孙菱翎，范晓静，罗冬梅，王凯，霍建利
2018, 38 (06): 26-30. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.005
摘要 ( ) PDF ( 1931KB ) ( ) 　　
采用磷酸铵镁法单因素实验及正交实验处理抚顺催化剂厂的高质量浓度氨氮废水，并用罚函数法和高斯牛顿法对结果进行拟合优化。正交实验结果表明，n(Mg)/n(N)对氨氮的脱除率影响最大，其次是pH，而n(P)/n(N)影响最小；应用高斯牛顿法得出拟合曲线，再用罚函数法求出最优反应条件：n(Mg)/n(N）=1.30、n(P)/n(N)=1.26、pH=9.59。在该工艺条件下，氨氮的脱除率为99.79%，剩余氨氮质量浓度为28.33 mg/L，符合污水排放二级标准。
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分散相形态对原油乳状液黏度的影响
张亚鑫，李思，王卫强，王国付，项楠，孙翊赫
2018, 38 (06): 31-36. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.006
摘要 ( ) PDF ( 4045KB ) ( ) 　　
在不同的水体积分数、搅拌速度和温度条件下制备油包水型乳状液，模拟混输过程中遇到的不同情况，分析了乳状液液滴粒径分布规律及其与黏度的关系。结果表明，乳状液中水的体积分数小于60%时，随着搅拌速度的加快，乳状液分散相的平均粒径变小，黏度变大；随着温度的升高，乳状液分散相的平均粒径变大，黏度逐渐降低；随着水体积分数的增加，分散相液滴平均粒径变大，黏度呈明显的上升趋势。但是，当水体积分数大于60%时，随着水体积分数的增加，乳状液的黏度大幅度降低，乳状液流型发生变化。研究结果对管输的安全运行和集输工艺的研究具有一定的指导意义。
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材料科学与新能源

碱金属改性g-C₃N₄及其对氮气吸附影响的理论研究
李强，李晴，吕扬，王焕，秦玉才，宋丽娟，胡绍争
2018, 38 (06): 37-42. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.007
摘要 ( ) PDF ( 3767KB ) ( ) 　　
研究了碱金属改性对g-C₃N₄光催化剂的影响，利用密度泛函理论从几何和电子结构的角度阐述了不同碱金属改性对提高光催化活性的微观机理。结果表明，Li、Na、K、Rb原子随着核外电子层数的增加，碱金属和g-C₃N₄的结合能越来越弱，对g-C₃N₄结构的影响也越来越弱。电子结构分析可知，Li、Na、K原子对g-C₃N₄具有活化作用，Rb原子对g-C₃N₄表面有钝化作用。同时模拟了N₂分子在M-g-C₃N₄ (M=Li、Na、K、Rb)上的吸附，理解N₂分子与碱金属之间的作用机理，通过分析N₂吸附的吸附能、结构参数和电子特性，发现Li、Na原子对N₂吸附的影响更大，N₂的N—N键长伸长，K和Rb原子对N₂基本没有作用。碱金属改性g-C₃N₄比纯g-C₃N₄更有利于N₂分子的吸附，但是随着碱金属原子半径的增加，吸附能力越来越弱，电子的转移也越来越少，即活化N₂分子的能力按照Li、Na、K、Rb的顺序降低。
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一种沥青路面用融雪抗凝冰材料的制备
姜传东，丛玉凤，张晓丽，黄玮
2018, 38 (06): 43-47. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.008
摘要 ( ) PDF ( 3105KB ) ( ) 　　
以Al₂O₃为载体，醋酸盐为抗凝冰活性物质，制备一种道路沥青路面用融雪抗凝冰材料。考察了醋酸钙和醋酸镁的物质的量比对制备材料冰点的影响、三种载体的吸附效果和疏水剂加入量对醋酸盐析出量的影响，同时对抗凝冰融雪效果进行考察。利用红外光谱和热重分析对制备材料的结构及稳定性进行表征。结果表明，融雪抗凝冰材料中醋酸钙和醋酸镁的物质的量比为1∶2，选用自制Al₂O₃载体，有机硅疏水剂的质量分数为9%时，融雪抗凝冰材料高温稳定性较好，具有较好的抑冰融雪效果。
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石油与天然气工程

城市埋地天然气泄漏三维数值模拟
沈广彬，马贵阳，杨志坚
2018, 38 (06): 48-53. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.009
摘要 ( ) PDF ( 14292KB ) ( ) 　　
随着我国天然气事业的发展，天然气管道规模也在不断扩大，与此同时也带来了安全上的隐患，城市天然气管道泄漏事故频繁发生，严重影响了城市居民的生命及财产安全。主要介绍了城市天然气管道泄漏数值仿真和数值模拟的基本理论，考虑泄漏过程中风场对泄漏的影响，分析了近地面处风场的变化，建立了埋地天然气管道泄漏模型。设定泄漏扩散发生在大气环境，选取CFD软件对网格进行划分并进行局部加密，进行了风场的稳态模拟。在风场达到稳态后，改变后处理边界条件，再对泄漏进行瞬态模拟，得出天然气泄漏扩散随时间的变化规律，定量分析了风速对泄漏扩散的影响。结果表明，建筑物对风场存在干扰，在泄漏过程中气体聚集在近地面及贴近建筑物周围，随着风速的增加，稳态扩散高度降低，但风场对水平扩散的影响较小，风速越大泄漏气体稀释效果越明显，所造成的危险区域越小。
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基于正交实验的水源井水腐蚀影响因素及腐蚀预测
黄丽，陈昱铭，韩鑫，曾庆恒
2018, 38 (06): 54-58. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.010
摘要 ( ) PDF ( 1062KB ) ( ) 　　
针对SZ36-1油田水源井水对油管腐蚀穿孔的影响日益严重的问题，在现场工况下研究了管材的腐蚀规律并对腐蚀进行了预测。设计5因素4水平的正交实验，分析了温度、压力、流速、CO₂质量浓度和矿化度等5个因素对腐蚀速率的影响，确定了SZ36-1油田水源井腐蚀环境下的主控因素是温度和CO₂质量浓度。通过多元线性回归分析方法和BP神经网络方法，建立腐蚀预测模型并进行了对比分析。对比分析结果表明，基于多元线性回归方法的腐蚀预测模型预测精度更高，更适合目前油田水源井水的腐蚀预测。
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硫化氢扩散规律数值模拟
张园园，孙铁，王丽，张巨伟
2018, 38 (06): 59-64. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.011
摘要 ( ) PDF ( 7469KB ) ( ) 　　
硫化氢一旦泄漏扩散，其后果不堪设想，为了掌握硫化氢扩散规律，采用MATLAB和VC++软件，对源强、风速、源高影响下的硫化氢扩散规律进行了数值模拟。模拟结果表明，夜间，源强增大时泄漏源下风向扩散范围增大，扩散区域硫化氢质量浓度梯度增大，源高增加时泄漏源下风向扩散区域的最大宽度变窄，面积变小；白天，在日光照射强度低、风速大于等于4 m/s的条件下，风速增大时泄漏源下风向扩散范围减小，扩散区域硫化氢质量浓度梯度减小，增大源高、风速有利于降低硫化氢的质量浓度，减小危害。研究结果可为事故预防和应急救援提供依据。
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机械工程

基于三角模糊数学与事故树分析法的压力管道爆炸研究
赵莹莹，赵斌
2018, 38 (06): 65-69. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.012
摘要 ( ) PDF ( 1868KB ) ( ) 　　
由于各种原因压力管道爆炸事故频发，为了保障人民生命财产安全，有效预防油气运输过程中压力管道爆炸事故的发生，通过三角模糊理论把事故树基本事件发生的概率、逻辑门的运算法则、基本事件的重要度三角模糊化，将三角模糊数学和事故树相结合，绘制压力容器爆炸事故树图，计算得出顶上事件发生概率的分布范围，确定了基本事件模糊重要度排序。根据计算结果得知，提高压力容器管道系统的可靠性、防止压力管道发生爆炸，需要优先处理的基本事件是人为破坏、管道附近电线绝缘层老化、控制室线路电流过大、控制管道的阀门密封不良、管道法兰密封不良、操作不规范。根据基本事件的模糊重要度，提出了事故的防范措施。
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基于ANSYS Workbench软件的压力容器管板应力分析
钱瀚,张莹莹,高磊
2018, 38 (06): 70-75. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.013
摘要 ( ) PDF ( 5480KB ) ( ) 　　
采用有限元分析软件ANSYS Workbench，对管壳式换热器管板进行了有限元分析，并按照应力分析标准JB 4732—1995分析了管板在正常工作、开工和停工过程中可能出现的4种瞬态和稳态操作工况下的应力强度。分析结果表明，最大应力发生在换热管与管板的连接处和筒体与管板的连接处；换热管与管板之间的连接强度、筒体与管板之间连接强度的主要影响因素为压力载荷。由强度校核结果可知，该换热器的设计符合使用标准。
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地震载荷作用下转子轴承系统动力响应特性
富露霞，曹名慧，朱向哲
2018, 38 (06): 76-80. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.014
摘要 ( ) PDF ( 4031KB ) ( ) 　　
以某汽轮机转子-轴承系统为研究对象，考虑轴系陀螺力矩和转动惯量的影响，建立了转子-轴承系统动力学有限元模型。通过在X方向和X-Y方向输入不同的地震动峰值加速度并改变相位角的方法，研究了转子-轴承系统在地震激励下的动力响应特性。分析了转子-轴承系统关键节点的等效应力和位移变化趋势，讨论了地震载荷作用下汽轮机转子-轴承运行的安全性，旨在为转子-轴承系统的抗震设计提供一定的理论参考。
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注汽锅炉蒸汽过热爆管预警装置研究与应用
王璐，晏永飞，王月，姜明鉴，杜庆吉
2018, 38 (06): 81-85. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.015
摘要 ( ) PDF ( 3313KB ) ( ) 　　
针对发生湿饱和蒸汽的现役注汽锅炉，研制蒸汽过热爆管预警装置，给出了蒸汽过热监测的判定依据和算法模型，优化设计装置的组成、组件连接和人机界面。根据水和蒸汽的物理性质，将蒸汽状态划分为过热报警区、过热警告区、运行区和安全区四种工况区域，以此在人机界面中设计了蒸汽工况运行状态监测直观坐标图和过热度监测柱状图。对蒸汽过热事件进行了分类和过滤，使装置对蒸汽过热爆管预警更可靠。通过现场应用的数据分析，验证了装置的使用效果。
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信息与控制工程

薄膜结构点阵投影式三维动态变形测量技术
刘凯，史航，苏成利
2018, 38 (06): 86-92. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.016
摘要 ( ) PDF ( 4993KB ) ( ) 　　
针对常规视觉测量方法在薄膜类结构动态测量中靶标影响薄膜局部变形的弊端，提出了一种薄膜点阵投影式三维动态测量技术。此技术利用激光器将靶标投影到薄膜结构上，并基于OpenCV库（开源计算机视觉库）提出了一套三维测量算法进行薄膜结构三维动态变形测量。为了验证其三维测量精度，设计了精度检验的标准尺。在原理验证实验中检验了薄膜结构点阵投影式测量技术的三维测量精度，并以24 Hz帧率拍摄、离线处理数据的方式对薄膜结构的整体变形和波浪变形工况进行测量。精度验证实验结果证明了此技术在1 m的测量距离与1.3 m×0.8 m视场下，X、Y方向的精度小于0.30 mm，Z方向的精度约0.77 mm，同时动态测量结果能够有效复现薄膜结构动态变形过程。
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GM-BP模型在NGH生成中的预测研究
马贵阳，朱赢
2018, 38 (06): 93-98. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.017
摘要 ( ) PDF ( 2219KB ) ( ) 　　
天然气水合物具有储气率高、污染低、储量大等优点，具有良好的发展前景，但是在天然气加工和运输过程中形成的天然气水合物会造成管道堵塞等严重状况，因此，分析和预测天然气水合物的生成具有实际意义。为了预测天然气水合物的生成情况，针对前人研究天然气水合物生成预测方法的优缺点，引用了具有解决复杂系统问题能力的人工神经网络，运用MATLAB语言编程建立了灰色理论（Grey Forecast）理论和BP神经网络（Back Propagation Network, BP）的组合模型。为了提高预测精度，选用了差值结合法将两种方法结合，分别运用GM（1,1）、BP神经网络以及此组合模型对实验中得到的压力数据进行预测并加以比较；为了进一步验证组合模型的精准度，选用了马尔科夫链模型进行预测检验。结果表明，GM（1,1）和BP神经网络组合模型具有较高的精准度，且此方法可以广泛运用到较多方向，可为今后的天然气水合物开发利用提供理论依据。
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管理与数理科学

双枝模糊软集及其性质
范传强, 李阳
2018, 38 (06): 99-102. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2018.06.018
摘要 ( ) PDF ( 1117KB ) ( ) 　　
将模糊软集和双枝模糊集理论相结合，给出了双枝模糊软集定义，进一步给出了双枝模糊软子集，双枝模糊软集相等的定义，规定了双枝模糊软集的交集、并集与补集的运算方法，研究了这些运算的若干性质。双枝模糊软集是一个全新的概念，有很多值得研究的地方。
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