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2021, 41 (1): 0-.
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本期推荐

自交联型水性聚丙烯酸酯分散体的制备及其性能
李兰， 崔熙， 俞其洪， 边江海， 汪洋， 施冬健， 张洪吉， 东为富
2021, 41 (1): 1-7. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.001
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以甲基丙烯酸甲酯（MMA）为硬单体、丙烯酸丁酯（BA）为软单体、丙烯酸（AA）为功能单体、甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯（AAEM）为交联单体、过氧化苯甲酸叔丁酯为引发剂、乙二醇丁醚为溶剂，通过自由基溶液聚合经转相方式制备了自交联型丙烯酸酯分散体，该分散体在烘烤条件下不需要外加交联剂即可发生自交联反应。研究了丙烯酸、甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯和固化时间等因素对树脂分散体和涂膜性能的影响。结果表明，优化的配方为：AA质量占单体总质量的3.5%、AAEM质量占单体总质量的5.0%、固化温度为180 ℃、固化时间为1.0 h。红外光谱和凝胶渗透色谱分析表明，AAEM成功接到了丙烯酸树脂分子链上；扫描电镜和粒度分析仪分析表明，乳胶粒呈球形且分布均匀；差示扫描量热分析表明，合成后的树脂分散体在高温下烘烤一段时间后，涂膜的玻璃化转变温度明显提高。
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化学与化学工程

双金属催化过硫酸盐降解偶氮染料
詹琪， 李爽， 宗芳， 杨长生， 马会强
2021, 41 (1): 8-12. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.002
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采用置换法制备Cu/Fe催化剂，并通过X射线衍射（XRD）对其进行表征。考察了Cu/Fe催化过硫酸钠（PS）降解金橙Ⅱ的效果及其影响因素，并对降解反应机理进行探究。结果表明，Cu/Fe能够催化PS降解金橙Ⅱ废水，并且其催化效果优于零价铁，其中当pH=3、PS的质量浓度为2.0 g/L、Cu/Fe催化剂的质量浓度为0.250 g/L时，金橙Ⅱ的降解率为99%。利用叔丁醇和甲醇作为自由基捕获剂，证实了降解反应中起到氧化作用的活性自由基为SO〖_4^-〗·和·OH。
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磺酸基配体单核钴配合物的合成、晶体结构及性质
关磊， 侯明志， 霍鹏， 王莹， 王昌赫
2021, 41 (1): 13-17. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.003
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采用水热法合成单核钴配合物[Co(H2L)(phen)2(H2O)]·4H2O（H2L2-=邻羟基苯⁃1,3⁃二磺酸根离子，phen=1,10⁃邻菲罗啉）。通过单晶X射线衍射、元素分析、热重分析等对配合物进行结构和组成表征。单晶衍射研究表明，配合物中Co2+是六配位，与2个phen配体的4个氮原子以及水分子和磺酸基氧原子配位，形成扭曲的八面体配位构型。配合物的荧光发射峰与配体相比发生了蓝移，最大发射峰在380 nm。
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1-羟基色胺衍生物的合成研究
赵鹏， 刘志波， 于芳
2021, 41 (1): 18-22. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.004
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1⁃羟基色胺衍生物作为一种良好的亲核试剂，在近些年的有机合成中被广泛应用。随着吲哚生物碱研究的兴起，1⁃羟基色胺衍生物会在今后的合成研究中起到重要的作用。以含有取代基的吲哚为底物，经过甲酰化反应、亨利反应、四氢铝锂还原反应、保护基取代反应、三乙基硅烷还原反应、过氧化氢（双氧水）氧化反应，最终以良好的收率完成了1⁃羟基色胺衍生物的合成。通过该方法，合成了一系列的1⁃羟基色胺衍生物，经1H⁃NMR及13C⁃NMR表征，确定了1⁃羟基色胺衍生物的结构。
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材料科学与新能源

温度响应性玻璃球基复合载体的制备及表征
安琪， 李海斌， 张琪， 杨磊， 范晓光， 王战勇
2021, 41 (1): 23-29. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.005
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报道了一种新型的智能响应性玻璃球基复合载体的制备方法。首先通过自由基聚合法将双键类单体N⁃异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸（3⁃三甲氧基硅）丙酯合成随机嵌段共聚物；然后借助自制的底喷式流化床反应器将共聚物溶液均匀喷涂于玻璃球基表面，并利用高温退火作用实现共聚物与玻璃球基之间的键合，从而形成共聚物/玻璃球基复合载体。同时，对共聚物在玻璃球基表面的包衣效果进行初步考察，包括特征官能团、表面微观结构、生物相容性和温度响应性等。结果表明，通过底喷包衣技术可将温度响应性共聚物链接于玻璃球基表面，且能形成一定厚度的膜层。这种复合载体具有良好的生物相容性，能利用其智能响应特性实现细胞的有效黏附和自发脱附。
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碳基及碳基复合材料吸附剂对VOCs吸附性能研究进展
张绍鹏， 建伟伟， 马丹竹， 刘超， 王雪
2021, 41 (1): 30-36. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.006
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针对不同的碳基吸附材料（活性炭、生物质碳、碳纳米管和碳硅复合材料），分别从吸附材料结构参数、有机废气分子性质、水蒸气含量及吸附温度等因素对VOCs吸附性能的影响进行综述。简单介绍了其原理、特点及应用水平，并指出碳基吸附剂结构参数和吸附过程中的操作参数对吸附量的影响，提出了碳基吸附剂在VOCs吸附工艺中的发展前景。在不断提高碳基吸附剂对VOCs吸附量的同时，提高循环再生性能，降低工业生产中高温和潮湿环境对吸附量的影响，是今后碳基吸附剂研究的方向。
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石油与天然气工程

页岩气测试平台积液原因及排液对策研究
廖柯熹， 彭浩， 曾昭雄， 何国玺， 苗春江， 冷吉辉
2021, 41 (1): 37-44. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.007
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在页岩气排液测试阶段，井口压力、温度较高，采出气中含有大量的饱和水，影响测试平台内工艺设备和采气管线的正常运行。基于此，对饱和水进行现场取样与测试分析，探究测试平台的积液原因。针对积液原因，提出了在波纹板分离器前安装间壁式换热器的方案，以降低波纹板分离器入口的气流温度和饱和水质量浓度，并采用Fluent软件对换热管内部气流温度进行了模拟。结果表明，换热管内气流的平均温度可从入口处的60.34 ℃冷却至出口处的30.00 ℃，通过计算发现饱和水质量浓度可降至0.731 g/m3。同时，提出了在波纹板分离器流道内部加装疏水钩的方案，并采用Fluent软件对流线型与带钩型波纹板分离器的分离特性进行了对比分析。结果表明，带钩型波纹板对液滴的分离效率可由原来的28.90%提高到76.50%，当液滴粒径达到35 μm以上时，其分离效率可达90.00%以上。研究结果对解决页岩气测试平台积液问题具有重要的指导意义。
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湿陷性黄土地区埋地管道稳定性分析
张绍川， 王 超， 李小玲， 吴玉国
2021, 41 (1): 45-50. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.008
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湿陷性黄土浸水后易产生自重湿陷，黄土的强度会大大降低，并对沿途埋地管道的安全运行产生威胁。为了研究埋地管道在湿陷性黄土地区的稳定性，基于有限元方法，分析了外径和壁厚不同的管道在湿陷时产生的位移、应力和应变；采用特征值屈曲理论，研究了一定条件下埋地管道在黄土灾害中所能承受的极限长度。结果表明，增大管道外径和壁厚、减少管道在黄土中的埋深，可以有效降低管道在湿陷性黄土中的位移；加大管道外径与壁厚，也可有效避免管道出现局部应力过高的现象；管道的最大应力与应变均发生在湿陷区中心和两侧固支端位置。经特征值屈曲理论分析可知，管道在土体产生自重湿陷时的湿陷区极限长度约为65 m，提高管道外径和壁厚可增强埋地管道在黄土遇水湿陷时的抗屈曲能力。
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保温层偏心沉降对架空注汽管线传热影响研究
李鹏， 葛苏鞍， 帕尔哈提·阿不都克里木， 唐满红， 李栋
2021, 41 (1): 51-55. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.009
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架空注汽管线保温材料沉降对评估管线散热损失、计算经济效益会产生显著影响。建立了保温材料沉降注汽管线周向传热模型，分析了环境风速、管线管径以及土壤辐射对管线热损失的影响。结果表明，增加风速导致偏心保温管线热损失增加，环境风速增加120%时，管线外保温热损失增加5.9%；在偏心率相同的情况下，管径越大，其空气夹层热损失越小；与不考虑土壤辐射相比，考虑土壤辐射时管线外壁面平均热流密度降低1 036 W/m2。
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机械工程

高速铣床主轴⁃轴承的振动特性分析
董赫， 朱向哲， 陈立
2021, 41 (1): 56-60. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.010
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主轴是高速铣床的核心部件，其动力学特性直接影响铣床的加工精度。以德国GMN某型高速铣床电主轴为例，采用有限元方法，建立了主轴⁃轴承系统的有限元模型，研究了主轴的固有振动特性，分析了轴承刚度对主轴固有振型和临界转速的影响。在此基础上，研究了高速主轴的不平衡响应特性，分析了不平衡量大小和位置等因素对主轴振动敏感度的影响规律，发现主轴两端不平衡响应敏感，尤其是连接刀具的一端振幅明显，研究结果可为高速机床主轴系统的动力学设计提供一定的参考。
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矩阵电导法测量湿饱和蒸汽干度的研究
刘慧轩， 晏永飞， 郑国威， 吴婷婷
2021, 41 (1): 61-67. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.011
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在地下石油矿储中，除了较易开采的轻质油，还有许多不能直接开采的稠油，稠油油藏常用注汽热采的方式进行开采。蒸汽干度是稠油热采工艺中衡量湿饱和蒸汽品质的重要参数，对稠油热采效率有重要影响。提出了一种新的注汽管道内湿饱和蒸汽干度测量方法——矩阵电导法，并在此基础上结合水和蒸汽的热力学性质，建立了矩阵电导法测量湿饱和蒸汽干度的算法模型。分析了测量误差产生的原因以及减小误差的方法，并对矩阵下瞬时截面水域边缘面积的计算进行了插值处理，从而使利用算法模型对湿饱和蒸汽干度测量的绝对误差小于±3.0%。该方法为实现实时监测蒸汽干度提供了可靠的方法，对提高稠油热采的效率有重要意义。
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外载荷作用下压力容器接管结构有限元分析
刘哲， 陈首至， 张巨伟， 崔双， 包瑞新
2021, 41 (1): 68-72. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.012
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工程设计时因需要满足工艺流程的复杂性，常常在压力容器的特殊位置进行开孔接管。GB 150—2011仅考虑容器结构在单一载荷的工况进行开孔接管结构的强度计算，没有涉及到实际工程中开孔接管结构的附加外载荷。应用SolidWorks软件对筒体切向开孔接管压力容器进行局部建模，采取有限元分析法，分别对三维实体模型施加仅内压、内压附加外载荷的两种工况，得出结构的应力分布并进行了强度评定，研究了接管附加外载对压力容器结构的影响。结果表明，由于接管外载荷的存在，相贯区的应力大幅度增加，且改变了接管与筒体连接处的应力对称分布状态。分析结果可为联合静载荷作用下开孔接管应力分析提供一定参考。
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信息与控制工程

基于IFAHP的焦化生产过程性能评估方法研究
陶文华， 王玉英， 桂运金， 高新域
2021, 41 (1): 73-79. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.013
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针对复杂的焦化生产过程中多性能评价模型存在的评价指标单一、评价指标选取仅能片面反映生产过程，未考虑全局因素的问题，利用层次分析法（AHP）从安全、稳定、经济方面综合考虑，建立全局性能评估模型。为解决决策者对多个指标分配偏好关系易出现不确定评估的问题，采用直觉模糊集（IFS）获取包含隶属度、非隶属度、犹豫度的偏好关系。考虑一致性阈值的不合理性，引入新的阈值，采用熵和交叉熵计算指标权重，最终得出目标系统的性能状态。对焦化生产过程两种不同运行状态的评估结果，证明了IFAHP方法的有效性和可行性。
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一种基于样本传播的图像风化方法
王玉铭， 潘斌， 郭小明， 殷立， 张曼琳， 贾方利
2021, 41 (1): 80-85. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.014
摘要 ( ) HTML ( ) PDF ( 4947KB ) ( ) 　　
对图像中的物体进行风化处理是一种提高模拟场景真实感的有效方法。利用一种图像处理方法，实现了图像中物体表面的精细风化效果。首先，利用径向基函数(RBF)方法计算风化程度。即使物体表面的颜色变化很大，该算法也可以较精确地计算风化程度。然后，使用图像分割算法来提取风化程度最深的区域作为“风化样本”。最后，利用patchmatch图像修补算法对“风化样本”进行补全，以此在图像上的待风化区域进行“风化样本”的无缝传播。结果表明，此方法可以产生各种类型的风化效应。利用样本传播的方法可以更好地模拟风化图像。
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基于旋转变换的混沌光学图像加密方法
葛琳琳， 姜文昊， 张威， 李易霖
2021, 41 (1): 86-91. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.015
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提出了一种利用旋转变换和混沌理论进行图像加密的新方法。使用旋转变换和两个混沌随机相位掩膜对图像进行加密，利用Logistic映射、帐篷映射和Kaplan⁃Yorke映射三种混沌函数产生混沌随机相位掩膜。通过计算均方差，基于旋转角和混沌随机相位的种子值的盲解密算法的鲁棒性进行了评估，并给出了加密和解密技术的光学实现方案。结果表明，利用所提方法进行图像加密的有效性。
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管理与数理科学

求解抛物型方程的两层高精度差分格式
陈佳欣，李旭生
2021, 41 (1): 92-96. DOI:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.01.016
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抛物型偏微分方程在工程技术与自然科学领域中扮演着重要作用，特别是在渗流、热传导、扩散等领域。对抛物型方程进行数值解法研究，在网格剖分的基础上，先给出一个含参数的差分格式，利用泰勒级数展开法和待定系数法使该差分格式的截断误差达到O(τ^3+h^5)，通过方程组确定参数，得到一个两层高精度差分格式；然后用Fourier分析法解出在此精度下达到稳定的条件，即r≤(19+√(1 141))/60；最后通过数值算例将此差分格式数值解与精确解进行了比较，验证了新方法是可行的和有效的。
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