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2020, 40 (2): 0-.
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本期推荐

共沉淀法制备Co₉S₈/C材料以及性能研究
李志学， 杨占旭
2020, 40 (2): 1-5. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.001
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氢能作为新能源在未来的能源发展中发挥至关重要的作用。电解水制氢包括析氢和析氧两个半反应，具有低成本、无污染、储量丰富等优点，而析氧反应是电解水制氢中的决速步骤。介绍了一种简单的共沉淀方法，将碳材料复合到Co9S8催化材料上，并对其析氧性能进行了表征。对比没有碳材料复合的Co9S8，少量碳材料复合可以明显提高Co9S8的电解水析氧性能。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、极化曲线、计时电流以及交流阻抗等技术对材料进行结构、形貌表征及电化学性能测试。结果表明，制备的Co9S8/C材料无杂相，在电流密度为10 mA/cm2时，过电势为350 mV，塔菲尔斜率为102 mV/dec，具有高的电催化产氧性能。
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化学与化学工程

氧化⁃萃取法脱除减黏裂化柴油中硫化物
周仕鑫， 张静， 乔海燕， 韩冬云， 曹祖斌， 石薇薇
2020, 40 (2): 6-10. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.002
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采用氧化⁃萃取法对减黏裂化柴油进行脱硫研究。使用O₃为氧化剂，甲酸为催化剂，并用极性有机溶剂萃取分离柴油中含硫化合物氧化反应生成的亚砜、砜类等极性氧化物。考察了反应体系中氧化时间、氧化温度、萃取剂油体积比以及甲酸质量分数对柴油脱硫率的影响，并确定了最佳工艺条件。结果表明，在氧化⁃萃取工艺条件下，减黏裂化柴油的硫质量分数由4 980 μg/g降低至490 μg/g，脱硫率为90%。通过对减黏裂化柴油氧化前后的性质对比可知，氧化⁃萃取法可以改善减黏裂化柴油的色度和酸值等性能。
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稠油泡沫驱起泡剂体系的研究
马迪， 潘一， 张金辉， Rassadkina Regina， 廖松泽， 张然
2020, 40 (2): 11-15. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.003
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稠油油田泡沫驱过程中，单一起泡剂性能不稳定，针对这一难点问题，设计了一种新型泡沫驱起泡剂体系。采用Waring⁃Blender搅拌法，以泡沫综合指数和耐温抗盐性能为评价指标，对初步筛选得到的甜菜碱、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和十二烷基硫酸钠（SDS）4种起泡剂进行优选，最优起泡单剂为甜菜碱、CTAB。将两种起泡单剂进行不同比例的筛选，最终优选出质量比2∶1的CTAB与甜菜碱体系，并对其进行洗油能力测试和填砂管模拟实验。结果表明，该起泡剂体系耐温抗盐性好，洗油能力强，并且在填砂管模拟实验中对蒸汽驱加泡沫驱与蒸汽泡沫交替注入驱两种驱替方式进行对比，发现将蒸汽和泡沫流体交替注入油藏的驱油方式得到的原油采收率可达60.7%，具有一定的参考价值。
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阴⁃非离子表面活性剂对稠油乳化的影响
孙亚丹
2020, 40 (2): 16-21. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.004
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为了探究不同类型阴⁃非离子表面活性剂对稠油乳化的影响，获得其构效关系，针对某油田某稠油区块原油，选择了6种单体型阴⁃非离子表面活性剂C14E3C、C14E5C、C14E7C、C14E9C、C16E3C、C18E3C，两种Gemini型阴⁃非离子表面活性剂OP4、OP15，利用旋转滴界面张力仪和稳定性分析仪，考察了表面活性剂质量分数、油水质量比以及聚合物对油水界面张力、原油乳状液粒径、稳定性等的影响规律。结果表明，单体型随着氧乙烯（EO）基团的增加，乳状液的稳定性变化不大，而烷基链的增长会小幅度增加乳状液的稳定性。对于Gemini型阴⁃非离子表面活性剂，EO基团个数的增加会小幅度增加乳状液的稳定性。单体型相较于Gemini型有较小的分子尺寸，界面张力稳态值普遍偏低。同时，聚合物的加入会提高乳状液的稳定性。
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材料科学与新能源

磁场对Fe₃O₄⁃水纳米流体传热特性的影响
翟郑佳， 李国龙， 朱恒宣， 杨历， 王进
2020, 40 (2): 22-29. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.005
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对电加热器中纳米流体的传热效果进行了实验研究，采用两步法制备Fe3O4⁃水纳米流体。此外，还研究了质量分数为0.1%~2.0%的Fe3O4⁃水纳米流体在有/无磁场作用下对电加热器换热效率的影响，探讨了磁场作用下纳米流体的强化换热机理。结果表明，与基液（去离子水）相比，无磁场时质量分数为1.0%的Fe3O4⁃水纳米流体可使环境温度提升18.2%；在外磁场作用下，质量分数为1.0%的Fe3O4⁃水纳米流体可使环境温度提升35.1%。研究结果可为纳米流体在电加热器中的强化传热研究提供重要参考。
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氧化铁可见光光电催化材料改性研究进展
孙财， 高莹， 张静
2020, 40 (2): 30-37. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.006
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光电催化技术为环境治理和化工生产提供了一条节能、环保的路径。高活性光阳极材料是光电催化技术实际应用的瓶颈问题之一，因此为提高光电催化技术实际应用效率，亟待开发高效的光阳极材料。Fe2O3由于具有禁带宽度窄、稳定性高、价廉等优点成为光电催化研究的热点，且其在光电催化领域展现出良好的应用前景。为获得高效的Fe2O3光电催化剂，研究者针对Fe2O3自身能带位置、导电性差、空穴传输距离短等缺点进行了调控。对近年来在提高Fe2O3催化剂的光电催化性能所采用的制备技术（如水热法、喷雾热分解法、化学气相沉积法、原子层沉积法等）、改性方法（如“结”构建、掺杂、形貌调控等）及其改性后的产氢量进行了概述，并对Fe2O3光电催化剂的发展前景进行了展望。
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螺旋链状结构的亚磷酸钬的无溶剂合成及表征
修志佳， 李虹陆， 刘陆， 马怡轲， 陈立， 黄亮亮
2020, 40 (2): 38-44. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.007
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采用无溶剂合成的方法，以N,N'⁃二甲基哌嗪(Me2ppz)为结构导向剂，合成了一个由亚磷酸单元修饰的一维链状结构的新型亚磷酸钬化合物Ho(H2PO3)4(C6N2H16)0.5 (1)，并通过粉末X⁃射线衍射、红外光谱、热重、ICP和CHN元素分析对其进行表征。单晶X⁃射线衍射分析结果表明，化合物1属于单斜晶系，P21/c空间群。其结构是由HoO6八面体和[H2PO3]-假四面体单元相互连接构成。值得注意的是，化合物1是第一个通过无溶剂合成获得的稀土亚磷酸化合物，并且在化合物1的结构中存在左右手螺旋链。
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石油与天然气工程

FPSO能源系统优化研究
徐孝轩， 张琴， 邱伟伟， 李焯超， 闫亚敏， 梁永图
2020, 40 (2): 45-52. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.008
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随着深海及边际油田的不断开发，FPSO（浮式生产储卸油装置）广泛应用于海上油气田开发。FPSO作为兼具产能和耗能的油气生产装置，在满足其用能需求的前提下，采取一个经济的能源分配方案，不仅有利于降低建设成本，同时有助于提高整个系统的能源利用率，促进节能。以能源系统年总成本费用最低为目标函数，在考虑能源平衡约束和技术约束的条件下，建立并求解一个FPSO分布式能源系统的混合整数线性规划（MILP）模型，以此确定年总成本最少的情况下的设备选择和容量以及相应的运行方案，从而达到节能降耗的目的。以渤海某FPSO为实例，对模型进行了计算验证。结果表明，与传统的运行方案相比，分布式能源系统可降低经济费用14.6%。此外，研究了能源价格对系统经济性的影响，发现天然气价格的上涨对DES（分布式能源系统）设计和运行影响较大。
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LAD⁃40对甲烷水合物生成影响研究
彭雪松， 马贵阳
2020, 40 (2): 53-57. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.009
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甲烷水合物可以作为载体储存、运输天然气，但在自然条件下生成缓慢，需要提高甲烷水合物的生成速率。为此，考察了双性表面活性剂LAD⁃40（月桂酰两性基二乙酸二钠）质量分数（10～500 μg/g）对甲烷水合物生成的影响。结果表明，在压力一定的条件下，LAD⁃40质量分数为0～500 μg/g时，甲烷水合物成核温度变化微小，LAD⁃40未改善甲烷水合物生成热力学条件；LAD⁃40增大了气液接触面积，缩短了成核诱导时间，随着LAD⁃40质量分数的增加，甲烷水合物生成速率线性增加，而气体消耗量变化不大，但与纯水条件下的气体消耗量相比提高显著。
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流量差异和管径突变对立管流动状态的影响
范玉斌， 王卫强， 秦国庆， 庄正刚
2020, 40 (2): 58-63. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.010
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为探究深海T型管流量差异和管径突变对立管管内流动特性参数的影响，以南海某油气田为研究对象，通过数值模拟的方法进行了研究。结果表明，立管管内流动状态受到水平管段内总流量影响，与其分支管段流量的关系不明显；当水平管段管径保持不变的条件下，在立管直径DC为0.03 m、0.06～0.12 m和0.24 m时，立管相关参数的变化规律不同；当立管管径发生突变时，管内流动参数的变化主要与其最小管径有关。
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基于不同Kalina循环的三种冷热电联供系统的热力学与热经济学分析
董师彤， 潘振， 商丽艳， 周莉
2020, 40 (2): 64-72. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.011
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以地热为热源，分别以KCS⁃11、KCS⁃34和KSG⁃1作为底循环，针对闪蒸⁃Kalina循环与吸收式制冷循环结合的三种冷热电联供系统（F⁃KCS11⁃ARC、F⁃KCS34⁃ARC、F⁃KSG1⁃ARC），进行了热力学和热经济学性能对比分析。结果表明，F⁃KCS11⁃ARC系统的总㶲损比F⁃KCS34⁃ARC系统和F⁃KSG1⁃ARC系统分别低5.3%和2.7%，其㶲损最大的组件是换热器1。F⁃KCS34⁃ARC系统的热效率最高，但地热源温度为155～220 ℃时，F⁃KCS11⁃ARC系统的热回收效率最大，且较小的地热源温度和闪蒸压力能使该系统获得更高的热回收效率。热经济学分析表明，泵1在三个系统中是成本最高的组件，其次为汽轮机2。F⁃KCS11⁃ARC系统的成本最低，年净收入最高，而且投资回收年限最小，其值分别为2.09×106美元、6.61×105美元和3.72 a。
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机械工程

SK型静态混合器对原油混合特性影响的数值模拟
刘智铭， 董杰， 谢禹钧
2020, 40 (2): 73-77. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.012
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静态混合器作为一种新型高效的混合设备，因具有混合效果好、操作简单等优点而被广泛应用于工业生产。将SK 型静态混合器引入原油储罐中，以解决原油密度分布不均匀的问题。利用FLUENT软件，对其三维不可压缩流场进行了数值模拟；采用Eulerian多相流模型，模拟了SK型静态混合器中流体的速度场、密度场、温度场以及压力场。结果表明，在SK型静态混合器的螺旋叶片作用下，原油沿着叶片做方向相反的螺旋运动并呈周期性变化；通过叶片的切割、剪切和旋转作用，原油在出口处几乎混合完全，说明SK型静态混合器具有较好的混合效果，且压力损失较小，可降低能耗成本。
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风载荷作用下浮顶储罐的屈曲模态分析
吴宛津， 张巨伟
2020, 40 (2): 78-82. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.013
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对风载荷作用下立式储罐发生变形失效的问题进行了研究。应用Workbench软件对浮顶储罐进行建模，利用特征值进行屈曲分析并绘制储罐的屈曲变形图。通过软件读取不同阶数的模态图，分析储罐发生变形的部位和原因，并研究不同风速下储罐迎风面和背风面罐壁应力的变化情况。结果表明，壳体位移以径向位移为主；随着罐壁高度的增加，风载荷引起的应力由以轴向应力为主转变为以周向应力为主；周向角为0°时等效应力总体呈上升趋势，周向角为180°时罐壁所受等效应力呈先减小后增大的趋势。研究结果可为储罐的抗风设计提供参考。
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信息与控制工程

离散时滞切换系统异步混合H_∞和无源跟踪控制
张思远， 聂宏
2020, 40 (2): 83-90. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.014
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研究一类离散时滞切换系统基于异步切换下的混合H∞和无源模型参考跟踪控制问题。采用多Lyapunov函数理论并利用平均驻留时间方法，得到以线性矩阵不等式(LMIs)表示的时滞切换系统异步切换下指数稳定且具有混合H∞和无源模型参考跟踪性能的充分条件。最后，以仿真例验证所提出方法的正确性和有效性。
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DE算法改进的炼焦能耗RBF预测模型
陶文华， 陈娇， 桂运金， 孔平平
2020, 40 (2): 91-96. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2020.02.015
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针对炼焦能耗计算繁琐、影响因素众多的问题，以目标火道温度、烟道吸力、水分、挥发分和炼焦时间为输入变量，以炼焦能耗为输出变量，提出基于差分进化算法改进的RBF预测模型。由于RBF网络存在学习能力差、收敛速度慢等多个缺点，针对性地改进了差分进化算法优化的能耗预测模型。利用具有强大全局搜索能力的差分进化算法，选择RBF网络中基函数的中心值、宽度和输出权重的计算最优值，以此作为RBF神经网络的中心值、宽度和输出权重。结果表明，改进后的RBF预测模型具有较高的精度、稳定性和训练速度，对降低炼焦能耗、提高焦炭产量和提高企业经济效益具有重要意义。
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