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2013年 第19卷 第6期    刊出日期：2013-12-30

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材料科学与工程

光纤光栅传感器高温粘接失效机理实验

杜翀, 彭焘, 霍施宇, 解维华, 孟松鹤

2013, 19(6):  551-555.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.001

摘要 ( 2054 )   PDF (12812KB) ( 3068 )  

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随着耐受温度的不断提高, 高温光纤光栅在高温热结构领域的应用潜力愈发明显. 高温粘接是一种实现光纤光栅传感器应用的最简单有效的方法, 但高温环境使得高温粘接存在多种失效的可能. 通过高温拉伸和剪切实验研究了光纤光栅传感器与超高温陶瓷粘接的粘接性能, 结合断口的宏微观形貌观察研究了高温粘接的失效机理. 研究结果表明: 当温度为 500 和 650 ℃ 时, 粘接破坏是包含界面破坏和粘接剂内聚力破坏的混合破坏模式, 并且以粘接剂内聚力破坏为主; 在 800 和 1 000 ℃ 环境下, 粘接失效主要是缘于界面破坏. 在热和力的共同作用下, 粘接剂内部的孔洞逐渐扩展为裂纹, 导致抗拉强度减弱, 而单纯的高温热处理却会提高粘接性能.

板坯连铸电磁制动下结晶器内金属流场的数学物理模拟

常同旭, 贾皓, 张振强, 邓康, 任忠鸣

2013, 19(6):  556-561.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.002

摘要 ( 1612 )   PDF (3268KB) ( 752 )  

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采用雷诺时均湍流模型并结合水银物理模拟实验, 研究不同磁场配置下板坯结晶器内的金属流动规律, 并以此分析不同磁场配置对工艺过程的影响. 结果表明: 雷诺应力模型(Reynolds stress model, RSM)能够较准确地反映电磁制动(electromagnetic braking, EMBr)下金属流场的变化, 该变化引起水口射流及其对结晶器窄边冲刷强度的改变; 在全幅二段电磁制动下, 上部磁场对液面水平速度和湍动性的抑制作用明显, 但从化渣和降低冲击深度的工艺要求来看, 上部磁场强度不宜过大.

硅烷改性芳基乙炔固化物的耐热性能

吴永胜1, 余若冰1, 朱长进1, 刘胜平1, 焦正2

2013, 19(6):  562-566.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.003

摘要 ( 1897 )   PDF (1666KB) ( 657 )  

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通过共混将Si 引入到芳基乙炔树脂中, 运用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscope,FT-IR)研究了硅烷改性芳基乙炔(arylacetylene, AA)固化物的结构, 并采用热失重分析(thermogravimetry analysis,TGA)法分析了硅烷改性芳基乙炔固化物的热稳定性以及水煮对固化物热稳定性的影响. 结果显示: 硅烷改性芳基乙炔固化物在N2 中的耐热性随着硅烷量的增加而降低; 硅烷改性芳基乙炔固化物的耐热氧性能随着硅烷量的增加而提高, 其中当芳基乙炔与乙烯基三甲氧基硅烷(vinyl trimethoxy siloxane, VTMS)的质量配比为10∶5 时,在空气氛围下800 ℃ 的残炭率为23.6%; 水煮能使固化物的耐热性能进一步提高.

基于0.35 μm BCD 工艺下50 V HVPMOS 的电学性能优化

邹荣1, 闵嘉华1, 储楚2, 梁小燕1, 张涛1, 滕家琪1

2013, 19(6):  567-571.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.004

摘要 ( 1469 )   PDF (4893KB) ( 1479 )  

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为提高0.35 μm 30_40_50 V BCD (bipolar-CMOS-DMOS)工艺下50 V HVPMOS 的电学性能, 在不改变工艺流程的基础上, 仅通过微调器件结构尺寸来实现电学性能的优化. 采用Silvaco 公司的工艺与器件模拟软件,仿真分析了沟道长度、overlap 尺寸、场氧化层长度及场极板长度对50 V HVPMOS 器件电学性能的影响. 根据仿真结果确定了优化后的结构尺寸, 并结合流片测试结果验证了优化方案的可行性. 测试结果表明, 优化后50 V HVPMOS 的开启电压降低到了–0.98 V, 击穿电压提高到了–68 V, 特征导通电阻降低了13.5%, 饱和电流提高了13.1%, 器件的安全工作范围增大, 饱和区更加平滑, 无明显kink 效应.

透氧膜反应器内NiO/MgO催化甲烷重整反应的途径

杨志彬1, 丁伟中2

2013, 19(6):  572-578.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.005

摘要 ( 1609 )   PDF (5987KB) ( 873 )  

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在透氧膜反应器内对比分析了不加催化剂和添加 1 g 9% Ni/γ -Al2O3 催化剂的甲烷重整反应实验. 结果表明, 不加催化剂时甲烷相对较惰性; 而在催化剂的作用下, 甲烷重整活性得到了较大提高, 但是催化剂易积碳. 推测甲烷重整反应路径如下: 甲烷在催化剂活性组分上发生裂解, 产生氢和碳; 生成的氢与膜表面的氧反应生成 H₂O,从而使得膜表面侧氧分压下降, 透氧量增大. 通过设计不同 Ni 含量 NiO/MgO 催化剂下的甲烷裂解和甲烷重整反应实验, 验证了以上的反应机理模型.

数理化科学

圆柱表面电渗驱动液体薄膜流动特性

李军, 胡国辉

2013, 19(6):  579-584.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.006

摘要 ( 1624 )   PDF (1689KB) ( 816 )  

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以Debye-H¨uckel假设近似下线性化的Possion-Boltzmann方程和黏性不可压缩流体运动的Navier-Stokes方程为基础, 采用漏电介质模型, 分别研究了直流(direct current, DC)稳恒电场和交流(alternating current, AC)周期电场驱动下柱体表面电渗驱动液体薄膜问题, 得到了流场的电位势、速度分布的精确解. 结果表明, 定常解的流速与电位势仅相差一个常数, 而自由面上流速只与自由面电位势和圆柱固壁电位势的比值α有关. 周期电场下的流速振幅、流场中与固壁双电层中的流速相位差, 均与雷诺数有密切的关系: 当雷诺数较小时, 周期电场下流速振幅与定常解相近; 随着雷诺数的增大, 固壁附近流速振幅减小, 相位差增大. 当α较小时, 自由面上流速振幅随着雷诺数的增大而减小; 当α较大时, 流速振幅随着雷诺数的增大而增大.

考虑内部布局和出口宽度的教室人群疏散实验

段晓茵1, 董力耘1,2, 王甘赟1, 韦艳芳1,3, 田欢欢1,3

2013, 19(6):  585-590.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.007

摘要 ( 1568 )   PDF (2794KB) ( 750 )  

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研究了 3 种出口宽度和 4 种桌椅排列条件下教室内的人群疏散过程, 得到了疏散时间的空间分布. 对于双人课桌椅而言, 人们倾向于尽快进入最近的过道. 教室内桌椅的排列形式确定了上游的行人来流, 而出口宽度确定了出口的通行能力, 二者共同决定了教室内人群的疏散时间. 疏散时间并非随着过道数的增加而单调减少. 对于宽度固定的教室, 通常过道数越多, 越有利于疏散, 但过道宽度相应减小, 从两侧进入过道的人员冲突加剧, 又会影响疏散效率. 对于小出口情况, 由于在出口附近形成高密度阻塞区域, 使疏散时间明显增加, 可以通过控制上游的行人来流和减少行人之间的冲突来加快人群的疏散过程.

底泥-上覆水界面污染物释放机制的数值模拟

郑淑君, 郭加宏, 王道增

2013, 19(6):  591-597.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.008

摘要 ( 2077 )   PDF (6037KB) ( 751 )  

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当外源污染受到控制后, 河流与湖泊底泥中的污染物可能会引起上覆水的再次污染. 在上覆水流动不致底泥起动悬浮的条件下, 数值模拟了底泥中污染物在底泥-上覆水界面向上覆水释放的机制. 采用k-ε模型计算了上覆水的湍流流动, 并采用 Darcy 定律描述了多孔介质中的渗流, 这里底泥被看成是各向同性均匀多孔介质; 耦合计算了上覆水和底泥中孔隙水的定常流动, 并基于流场计算结果, 数值计算了非定常溶质迁移扩散过程; 数值研究了平整底泥-上覆水界面以及底泥-上覆水界面为周期性三角状时, 污染物由底泥向上覆水释放的规律. 研究结果表明, 底泥中孔隙水与上覆水的交换是决定底泥中污染物向上覆水释放量的重要因素.

蒸发微粒气体对光的消光特性

黄凯1,2, 王志亮1,2, 周哲玮1,2, 张金松3, 张建华3

2013, 19(6):  598-605.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.009

摘要 ( 1664 )   PDF (7788KB) ( 584 )  

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在真空镀膜问题中, 对蒸发出的有机分子颗粒作粗粒化处理, 在假定其形貌为球体粒子条件下, 针对由一定数量的、 随机分布的蒸发微粒组成的多粒子体系, 利用电磁学广义 Lorenz-Mie 理论研究了该多粒子体系对光的消光特性. 计算结果表明, 随着主粒子粒径的增大和数量的增加, 消光系数呈现出先增大后减小的趋势, 体系消光系数存在极大值; 当平面波入射时, 入射光能量相对高斯光束具有更大的损耗. 另外, 讨论了不同主粒子尺寸参数下电磁场幅值的分布特性.

一个四元数矩阵方程组的η-Hermitian解

陈笛1,吴维峰2

2013, 19(6):  606-610.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.010

摘要 ( 1992 )   PDF (447KB) ( 593 )  

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对于四元数矩阵方程组AXA^η∗+ BYB^η∗= E, CYC^η∗+ DZD^η∗= F , 首先运用 4 个矩阵的奇异值分解, 给出四元数矩阵方程组有η-Hermitian解的充要条件; 然后, 利用该充要条件给出矩阵方程组η-Hermitian解的表达式.

环境与化学工程

固相微萃取技术检测环境水体中酞酸酯

吴明红, 师千惠, 徐刚, 钱冬英

2013, 19(6):  611-614.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.011

摘要 ( 1389 )   PDF (1123KB) ( 702 )  

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提出了固相微萃取-气相色谱质谱(solid phase microextraction-gas chromatography mass spectrometry, SPME-GC/MS)检测水体中 6 种酞酸酯(phthalate esters, PAEs)的分析方法, 对影响固相微萃取的萃取因素如萃取纤维、 萃取时间、 萃取温度、 pH 值进行了探讨和优化. 结果显示, 该方法检测限为 3.7∼8.5 ng/L, 在 20∼500 ng/L 范围内线性相关系数 r²> 0.991, 加标回收率为 83%∼112%, 相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)为 1.1%∼12.3%. 该方法简单、 快速, 定性、 定量准确可靠且灵敏度高, 适用于环境水体中酞酸酯的检测.

氨法烟气脱硫中的氨逃逸

宋桂东, 万皓, 邵申, 产文兵, 顾晓婧

2013, 19(6):  615-618.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.012

摘要 ( 2894 )   PDF (2991KB) ( 1599 )  

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以脱硫喷淋塔出口的游离氨气为监测对象, 通过模拟烟气实验, 研究了吸收液的pH值、浓度、液气比(liquid to gas, L/G)和进口烟气温度等对氨逃逸量的影响. 实验结果显示, 随着吸收液pH 值、浓度和液气比的增加, 氨逃逸量逐渐增多. 为减少氨逃逸, 保证高脱硫率, 得到较为合适的工艺参数如下: pH=6.0, 吸收液浓度为1%, 液气比 为4 L/m³. 从氨逃逸和硫酸铵结晶两方面综合考虑, 进口烟气温度控制在90~110 ℃ 较为合适.

高炉渣颗粒粒径对矿渣水泥水化的影响

严丽君1,2, 葛潭潭1, 闫潇娟1, 何陈1, 李堤1, 胡雪峰1

2013, 19(6):  619-622.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.013

摘要 ( 1701 )   PDF (1228KB) ( 740 )  

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高炉渣是钢铁行业生产过程中的必然产物, 随着我国经济不断高速增长, 钢铁产量逐年提高, 高炉渣的堆积量也在不断上升. 完善矿渣水泥的理论研究, 提高高炉渣的利用率, 既能够减少固体废弃物的数量、 保护环境, 又能够为企业带来更好的经济效益. 实验结果表明, 减小高炉渣颗粒粒径能够加快水化反应的进程, 提高抗压强度. 另外, 高炉渣颗粒的粒径分布对混凝土抗压强度也会产生显著影响.

生命科学

玉米转录因子ZmbHLH5 的分离、序列分析及原核表达

王芳, 钟鸣宇, 宋任涛, 许政暟, 王桂凤

2013, 19(6):  623-630.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.014

摘要 ( 1913 )   PDF (9981KB) ( 1227 )  

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以玉米籽粒发育特异cDNA 文库的表达序列标签(expressed sequence tag, EST)为基础, 成功克隆了1 条全长碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)转录因子ZmbHLH5, 并对其DNA 结构、编码的蛋白质序列和表达进行了分析. 结构分析表明, ZmbHLH5的cDNA 全长1 398 bp, 具有编码211 个氨基酸的开放阅读框(open reading frame, ORF)区、329 bp 的30非翻译区(untranslated regions, UTR)及433 bp 的50非翻译区. 蛋白序列分析结果表明, ZmbHLH5 包含典型的60 个氨基酸的bHLH 结构域, 与其他植物的bHLH 转录因子具有很高的同源性(68%~87%). 表达分析结果表明, ZmbHLH5 在雌穗和发育早期的籽粒中高丰度表达, 并且在籽粒中通过选择性剪接编码至少3 种完整蛋白. 在原核表达系统中成功诱导表达了融合蛋白GST-ZmbHLH5, 其分子量大小为58 kD, 与预测的蛋白分子量大小一致.

PinX1基因真核表达载体的构建及其对乳腺癌MCF-7细胞增殖的抑制作用

胡宗1, 梁桑华2, 马文丽1,2, 郑文岭1,3

2013, 19(6):  631-635.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.015

摘要 ( 1942 )   PDF (4499KB) ( 822 )  

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探讨了PinX1 基因在乳腺癌MCF-7 细胞生长和细胞周期中的作用, 初步探讨了该基因用于乳腺癌临床治疗的可行性. 采用RT-PCR 技术从293-T 细胞中扩增PinX1 基因, 将其克隆入真核表达载体pEGFP-C1 中, 再将重组质粒转染MCF-7 细胞. 通过real-time PCR 检测PinX1 基因的mRNA 表达, 用MTT 法检测转染前后细胞生长曲线的变化, 用流式细胞仪检测转染目的基因后细胞生长周期的改变. 检测结果表明, PinX1 基因已经在转染后MCF-7 细胞的细胞核内稳定表达, 乳腺癌细胞生长明显减缓(P <0.05), 增殖变慢(P <0.05), 细胞生长阻滞于G0/G1 期, 说明PinX1 基因可抑制乳腺癌MCF-7 细胞的生长和增殖.

镉对匍匐翦股颖成熟胚愈伤组织诱导及再生的影响

邓一飞, 戴佳莺, 吴雯君, 张文举, 陈沁, 邓志瑞

2013, 19(6):  636-640.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.016

摘要 ( 1466 )   PDF (14704KB) ( 644 )  

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研究了不同浓度的镉离子对匍匐翦股颖愈伤组织形成、生长和植株再生的影响. 结果表明: 当培养基中镉离子浓度在2.50 mg/L 以下时, 愈伤组织的诱导频率高于对照, 并在浓度为2.50 mg/L 时高达83.3%, 说明低浓度镉离子对匍匐翦股颖愈伤组织的形成可能具有刺激效应; 随着镉离子浓度的进一步增加,  愈伤组织的诱导频率明显下降, 并在浓度大于50.00 mg/L 时完全抑制了愈伤组织的形成; 在愈伤组织生长初期(0~30 d), 镉离子浓度为12.50 mg/L 时, 愈伤组织生长形态最大, 随着愈伤组织继续生长(30~45 d), 低浓度(2.50 mg/L)的镉离子对愈伤组织生长的刺激效应强于更高浓度. 在植株再生过程中, 当镉离子浓度为1.25 mg/L 时的效果最佳, 再生苗生长最好.

低频脉冲磁场对干酪乳杆菌 LC2W 的作用

张义凯1, 廖鲜艳1, 吴正钧2, 侯建平2, 翁新楚1

2013, 19(6):  641-646.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.017

摘要 ( 2296 )   PDF (1161KB) ( 650 )  

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采用低频脉冲磁场(low frequency pulsed magnetic field, LFPMF)对干酪乳杆菌 LC2W 进行照射, 照射的最大强度为 5 T. 观察了磁场照射对乳杆菌菌体的生长和活力的影响, 检测了磁场作用后菌体细胞膜的相关指标, 包括菌体对超声波的抵抗性、细胞膜对羧基荧光素二乙酸盐琥珀酰亚胺酯 (carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester, CFDA-SE) 的通透性以及脂肪酸各组分的组成. 实验结果表明: LFPMF 对菌体的生长具有抑制作用, 且经磁场照射后的菌体活力均有所降低; LFPMF 作用后的菌体经超声波处理 30 min 后其存活率增加了37.9%, 细胞膜通透性降低了 20.3%, 细胞膜的脂肪酸不饱和度由 1.53 提高至 2.07, 说明 LFPMF 对 LC2W 的细胞壁和细胞膜的组成和结构具有显著的影响.

机电工程与自动化

异步电机低开关频率的模型预测直接电流控制

宋文祥, 阮智勇, 朱洪志, 周杰

2013, 19(6):  647-653.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.018

摘要 ( 1800 )   PDF (6787KB) ( 841 )  

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针对二极管箝位型(neutral point clamped, NPC) 三电平逆变器驱动异步电机的低开关频率控制, 提出了一种新颖的模型预测直接电流控制(model predictive direct current control, MPDCC) 方法. 基于推导的传动系统离散时间内部预测模型, 控制器预测了每个容许开关位置对应的电流输出轨迹、外推输出轨迹, 并根据评估平均开关频率的价值函数在线滚动优化实时求取最优开关矢量, 使得逆变器平均开关频率最小化, 且保持电流轨迹在给定的滞环范围内. 相对于已有的单步预测电流控制方法, 该方法在保持基本相同谐波性能的同时显著降低了开关频率. 仿真结果表明, 低开关频率模型预测电流控制算法可将三电平逆变器的平均开关频率降低至500 Hz 以下, 并且具有较理想的电流谐波畸变和动态响应性能.

基于业主方的大型化工管道工程材料集成管理

金侠杰, 林财兴

2013, 19(6):  654-660.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.06.019

摘要 ( 1377 )   PDF (7182KB) ( 856 )  

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材料管理是化工管道工程项目管理中的一个重要内容. 针对大型化工管道工程材料管理的特点, 运用集成管理的思想, 以现代信息技术为支撑, 从业主统一管理的角度出发, 构建了大型化工管道工程材料集成管理模型, 并对该模型的具体实现方法进行了深入研究, 最后结合案例分析了该模型在实际工程项目中的应用情况. 基于业主方管理的材料集成管理模型实现了管道工程材料的全过程管理, 为大型工程项目的材料集成管理提供了一种可实现性较强的构建方法和思路.