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本期目录
2004年 第55卷 第8期 刊出日期:2004-08-25
    综述与专论

    分子模拟在化工应用中的若干问题及思考

    朱宇;陆小华;丁皓;王俊;王延儒;时钧
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1213-1223. 
    摘要 ( 847 )   PDF (625KB) ( 906 )  
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    随着高技术学科的飞速进步,化工学科在多年来已形成的理论和实验研究之外,又产生了一种完全独立而新颖的研究手段——分子模拟.目前化学工业受关注的新技术涉及聚合物、电解质等复杂物质,临界、超临界等复杂状态,界面、膜、溶液等复杂现象.实现化学工业从产品到过程设计完全自动化,在这些方面除了准确的物性数据外,更要对各种复杂现象的机理有深刻了解.分子模拟被认为是实现这一目标的关键技术之一.本文以分子动力学为主,结合计算量子化学,对分子模拟在化工应用中的若干问题进行讨论.
    热力学
    预测复杂高沸点重质油馏分平均沸点的基团贡献法
    周永昌, 赵锁奇, 许志明, 梁咏梅
    化工学报. 2004, 55(8):  1224-1229. 
    摘要 ( 784 )   PDF (460KB) ( 403 )  
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    采用超临界流体萃取分馏技术,在较低温度下(<250℃)将重质油分离成多个窄馏分,结合物性及1H-NMR、13C-NMR分析确定其化学结构,构建重质油馏分的等价分子模型,并采用高温模拟蒸馏测定馏分的平均沸点至950K.以Rarey提出的预测纯化合物的基团贡献沸点新方法为基础,依据重质油馏分结构参数确定了12种基团类型,原模型基团贡献值保持不变.用原模型预测俄罗斯渣油馏分沸点,与C50以下的馏分沸点实验值有较好的一致性,但对更重馏分误差大.对原模型沸点与总原子数的变化关系进行了修正,修正模型对两种不同基属原油的常压渣油和减压渣油馏分的沸点预测与实验值的平均误差为1.4%,同时能较准确估算高沸点正构烷烃的沸点,进一步验证了重质油馏分结构模型的合理性.结合改进的基团贡献法和超临界流体萃取分馏技术,可将重质油沸点预测延伸到1050K,碳原子数范围扩展到100个碳原子,为重质油馏分沸点估算提供了一种新的方法.
    传递现象

    振动微液滴的传质机理与模型

    关国强;朱家骅;杨雪峰;冯昭华;余徽;Davis E.James
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1230-1236. 
    摘要 ( 756 )   PDF (807KB) ( 366 )  
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    提出了微液滴振动传质的机理模型,基于微液滴振动引起的周围流体介质周期性变化流场和基本输运方程,得到简化的传质控制方程及其数值解,模拟结果表明传质组分的浓度分布具有明显的非均匀特征,其迎流面的浓度梯度显著大于背流面,导出的平均Sherwood数和传质速率随振动频率增加而增大.采用电动力学天平中作一维拟简谐振动的十二烷醇微液滴在氮气介质中的蒸发传质实验数据对模型进行验证,结果表明本文模型所预测的平均Sherwood数变化趋势与实验结果一致,平均Sherwood数预测误差为39.5%,说明本文的传质模型能描述此类微尺度下具有周期性运动特征的单个液滴表面传质现象.

    一种非共沸循环工质与R22的性能对比实验

    赵力
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1237-1242. 
    摘要 ( 606 )   PDF (1401KB) ( 257 )  
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    在制冷、热泵系统中广泛使用的循环工质R22由于具有较大的GWP值和ODP值,终将被淘汰.针对工质R22的替代研究,提出了一种非共沸混合工质R290/R600a/R123(50%/10%/40%,质量),并在热泵实验台上做了不同冷凝器或蒸发器进口水温和流量的多种工况实验及分析.通过将该工质在各工况下的实验结论与相应工况下R22的实验结论进行对比分析后,发现该物质是替代R22的优良的热泵工质.
    矩形喷嘴射流近喷口流场的大涡模拟
    金晗辉, 许跃敏, 樊建人, 童水光, 岑可法
    化工学报. 2004, 55(8):  1243-1248. 
    摘要 ( 645 )   PDF (1251KB) ( 444 )  
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    采用Smagorinsky提出的亚网格应力模型对三维矩形喷嘴射流近喷口处流场进行了大涡模拟,着重研究了较高Reynolds数下小宽高比矩形射流近喷口处流场的流速、脉动量等特征量的分布特性,并与实验结果进行了对比.气相运动控制方程的离散采用有限容积法,时间步进格式采用二阶精度的隐式Crank-Nicolson差分格式.模拟结果与实验结果具有较好的一致性.
    多相流

    基于强湍流分散的下行床入口结构

    钱震;张明辉;余皓;魏飞;金涌
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1249-1255. 
    摘要 ( 605 )   PDF (537KB) ( 196 )  
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    基于对现有下行式循环流化床(下行床)气固混合入口的总结,提出下行床入口结构设计的关键原则.依据该原则设计了一种由对撞气体射流引入强湍流场来实现气固快速混合的入口结构.在内径418mm、高18m的工业示范规模下行床冷态实验平台上,采用双光路光纤密度探头、激光多普勒测速仪、微压差计和氢气稳态示踪技术对该入口结构及其后的下行床主体的气固流动、混合行为进行了考察.结果表明,与以往基于单管或多管射流的入口相比,该入口结构无需分布器就可以实现大质量流率条件下气固两相的快速均匀分布.

    稠密气固两相流的流场实验显示和粒化温度模型

    范宝春;姜孝海;李洁
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1256-1261. 
    摘要 ( 666 )   PDF (556KB) ( 139 )  
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    在水平激波管中,研究激波与堆积粉尘的相互作用,并通过带示踪粒子的X射线和阴影摄影,记录堆积粉尘内外流场的波系结构.引入“粒化温度”,基于稠密气体分子动力学的思路导出堆积粉尘的守恒方程和本构方程,利用AUSM+格式对激波与堆积粉尘相互作用现象进行了数值模拟.计算结果与实验结果基本相符.
    气溶胶在毛细管扩散池组中谱带展宽的实验测定
    杨通在, 陈银亮, 熊旺, 马浚, 叶仕有, 羊衍秋, 余忠金
    化工学报. 2004, 55(8):  1262-1267. 
    摘要 ( 627 )   PDF (676KB) ( 315 )  
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    气溶胶粒子在毛细管中的输运过程是一个谱带展宽的过程,影响谱带展宽的因素大体上可分为柱内和柱外效应两大部分.在Reynolds数0.07~0.26范围内,采用亚微米聚苯乙烯球形硬气溶胶粒子脉冲,测定了气溶胶粒子在毛细管扩散池组中的谱带展宽,由此获得了气溶胶在毛细管中的平均保留时间和穿透率.研究了平均保留时间、穿透率与流体运动速度和气溶胶粒子大小之间的关系.实验发现:气溶胶粒子在毛细管扩散池组中的平均停留时间滞后于流体平均停留时间;气溶胶粒子在毛细管扩散池组中的穿透率随流体运动速度和气溶胶粒子粒径的减小而显著减小.研究结果在气溶胶采样、监测和泄漏评估方面具有应用价值.

    多传感器数据融合在气固流化床流型识别中的应用

    王晓萍;林萍;黄轶伦;陈伯川
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1268-1273. 
    摘要 ( 654 )   PDF (1149KB) ( 291 )  
    相关文章 | 多维度评价
    在模糊集理论的基础上给出了多传感器信息融合的一般化办法,并将这种办法用于气固流化床流型的识别中.以压差、压力信号的算法复杂性C(n)、涨落复杂性Cf作为特征参数,根据特征参数建立了单个传感器判别流型的隶属度函数.对多个传感器的识别结果进行数据融合,最后得到了多传感器对不同流型的识别结果.实验结果表明,应用多参数、多传感器数据融合能得到较好的识别结果.

    水平管段塞流气量增加瞬变过程统计特性分析

    陈振瑜;赵庆军;何利民
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1274-1279. 
    摘要 ( 570 )   PDF (1050KB) ( 307 )  
    相关文章 | 多维度评价
    为了探索混输管线气量瞬变过程压力、压差的变化规律,在长378 m、内径0.08 m的水平不锈钢试验环道上利用空气和水进行了段塞流气量增加瞬变试验研究.试验采用压力变送器测量压力信号,将相邻两压力信号相减(上游减下游)得到压差信号.根据试验结果,分析了气量增加瞬变过程中压力、压差的变化规律,从概率密度分布和功率谱密度两方面对压力、压差信号进行了统计分析,完善了气量增加瞬变过程中压力过增值的回归方程式.
    催化、动力学与反应器

    钙基脱氯剂固定床脱氯动力学模型

    李香排;蒋旭光;李琦;池涌;严建华
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1280-1284. 
    摘要 ( 757 )   PDF (902KB) ( 536 )  
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    从动力学方面对钙基吸收剂在燃烧过程中脱氯机理进行探讨,旨在明确燃烧过程各种影响因素对脱氯反应速率的影响.建立了CaO-HCl脱氯反应的未反应收缩核动力学模型,通过模型计算分析了反应温度、反应时间、HCl气体的浓度和CaO粒径对脱氯特性的影响.模型结果与实验结果吻合较好,说明建立的动力学模型可较好地反映燃烧脱氯过程.
    分离工程

    恒回流比间歇精馏的最小回流比计算及其能耗分析

    王为国;吴元欣;王存文;曾真
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1285-1290. 
    摘要 ( 1416 )   PDF (463KB) ( 456 )  
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    完善了采用恒回流比操作方法,在理想操作条件下间歇精馏二元理想混合物时,最小回流比的计算方法.分析了采用恒回流比操作方法间歇精馏二元理想混合物,在馏出液中轻组分的收率和平均浓度要求均高时,相对于恒馏出液组成操作方法能耗较高的原因.
    过程系统工程

    主元空间中的故障重构方法研究

    王海清; 蒋宁
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1291-1295. 
    摘要 ( 747 )   PDF (554KB) ( 276 )  
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    主元分析 (PCA)作为一种数据驱动的统计建模方法,在化工产品质量控制与故障诊断方面获得了广泛研究和应用.利用故障子空间的概念,研究了基于T2统计量的故障重构问题,获得了主元空间中的完全重构、部分重构,以及可重构性的条件.为进一步在主元空间中进行故障分离和识别提供了可能.通过对双效蒸发过程的仿真监测,对不同传感器的故障类型、幅值等重要信息进行重构和波形估计,证实了所获结果的有效性.

    基于自动微分的精馏塔优化计算灵敏度分析

    邵之江;郑小青
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1296-1300. 
    摘要 ( 971 )   PDF (717KB) ( 392 )  
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    提出一种基于自动微分和隐函数求导法则的精馏塔优化计算灵敏度分析方法,可以求出精确的、无截断误差的灵敏度系数,以反映精馏塔模型中各种不确定因素变化所引起的改变和影响.精馏塔模型采用的是结合了封闭式和开放式两种建模方式优点的半开放模型.文中用乙苯精馏塔的优化结果分析验证了该方法的有效性.通过与差商法的对比,该方法体现了明显的精度优势.
    生物化学工程、制药、食品和天然产物加工
    酵母催化2-辛酮不对称还原为2-辛醇
    杨忠华, 姚善泾, 夏海峰, 梅乐和
    化工学报. 2004, 55(8):  1301-1305. 
    摘要 ( 699 )   PDF (540KB) ( 261 )  
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    利用活性酵母细胞催化2-辛酮的不对称还原,合成在制备光学活性物质中具有重要用途的直链手性仲醇.实验发现不对称还原的产物主要是S-2-辛醇,反应的转化率和光学选择性都比较高.考察了底物浓度、产物、辅助底物的种类及浓度,以及pH值和温度对反应的转化率和光学选择性的影响.结果表明,底物和产物对酵母的活性具有一定的毒害作用,产物2-辛醇对酮的还原反应具有抑制作用,酵母能选择性地催化S-2-辛醇氧化为相应的酮;在酵母催化还原2-辛酮的同时需要一定的辅助底物来再生辅酶NAD(P)H,利用10 g&#8226;L-1的葡萄糖作辅助底物较好;温度30 ℃、pH值3.0或7.0为较好的反应条件.

    表面活性剂辅助溶菌酶复性:表面活性剂-蛋白质复合物结构分析

    王君;卢滇楠;林莹;周蕊;刘铮
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1306-1312. 
    摘要 ( 801 )   PDF (1806KB) ( 250 )  
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    研究了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助天然溶菌酶的复性过程及其影响因素.发现向复性液中单独添加低浓度CTAB即可导致溶菌酶复性,且当变性溶菌酶浓度在0.2 mg&#8226;ml-1以上、CTAB与溶菌酶的摩尔比为10时复性效果最佳.采用表面张力、离子交换色谱、非还原性SDS-PAGE及荧光发射光谱法对复性体系进行物性和结构分析,显示CTAB可与变性溶菌酶形成不同结构的表面活性剂-蛋白质复合物,且复合物的组成和结构可随时间发生变化.最后,对于表面活性剂-蛋白质复合物形成过程机理进行了探讨.

    流加操作与稀释添加耦合辅助高浓度变性蛋白质复性动力学

    史广泉;李琳;董晓燕;孙彦
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1313-1318. 
    摘要 ( 723 )   PDF (457KB) ( 530 )  
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    研究了流加操作与稀释添加耦合辅助高浓度变性还原溶菌酶的复性,建立了相关的过程动力学模型.利用三态复性的过程模型对实验数据进行了拟合,获得了较好的拟合效果.利用模型分析了复性过程的动力学特性,结果表明,两者耦合可在较低的盐酸胍浓度(1 mol&#8226;L-1)存在下使较高浓度的(5 mg&#8226;ml-1)变性溶菌酶获得80%以上的复性收率;并且发现添加剂乙酰胺的辅助复性作用与盐酸胍相同,降低盐酸胍浓度,适当提高乙酰胺浓度即可使聚集体生成速率常数最小,酶的复性收率最大;但甘油与盐酸胍具有协同作用,只有在适当的盐酸胍浓度下添加甘油才可获得理想的复性效果.
    SA/NaCS-CaCl2/PMCG微胶囊固定化枯草杆菌HL-1发酵生产纳豆激酶
    梅乐和, 章小忠, 艾碧英, 盛清, 林东强, 姚善泾, 朱自强
    化工学报. 2004, 55(8):  1319-1323. 
    摘要 ( 814 )   PDF (505KB) ( 235 )  
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    制备了海藻酸钠/纤维素硫酸钠-CaCl2/聚亚基二胍氯化氢微胶囊(SA/NaCS-CaCl2/PMCG微胶囊),并以该微胶囊固定化培养枯草杆菌HL-1用于发酵制备纳豆激酶,考察了PMCG对枯草杆菌生长的影响,比较了微囊化培养与游离培养过程中的菌体生长、耗糖速率以及纳豆激酶产物分泌能力.最后经过连续6批培养,酶活可达到2465 IU&#8226;ml-1,是游离培养过程的3倍.
    能源和环境工程
    直接涂膜技术用于质子交换膜燃料电池膜电极制备(Ⅱ)
    蒋淇忠, Oumarou Savadogo, 马紫峰
    化工学报. 2004, 55(8):  1324-1328. 
    摘要 ( 657 )   PDF (746KB) ( 550 )  
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    研究了直接涂膜过程中,催化剂液组成对电池性能的影响.异丙醇在催化剂墨水中起到溶剂和造孔剂的作用,当催化剂墨水中催化剂、异丙醇的质量比为1∶10时电池性能最好.Nafion是催化剂层中良好的黏结剂和质子传导载体.由于直接涂膜,使Nafion液与Nafion膜直接接触,从而增加了质子传导性.实验结果表明,最佳的Nafion含量(干基)为NFP=33%.通过对不同金属含量的Pt/C催化剂的研究发现,金属含量不同,异丙醇和Nafion的最优含量亦随之改变.考察了催化剂层不同制备工艺对电池性能的影响,表明催化剂层数越多电池性能越好,但是差异并不是很大.

    煤的表面电位与表面官能团间的关系

    王宝俊;李敏;赵清艳;秦育红;谢克昌
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1329-1334. 
    摘要 ( 611 )   PDF (467KB) ( 227 )  
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    测定了5种不同变质程度的典型中国动力煤在不同pH值的水介质中的ζ电位和用H2O2氧化后各煤种ζ电位的变化,得到了ζ电位等电点pH值;用FTIR定量表征了与煤表面电位有关的官能团以及被H2O2氧化后的变化;通过对模型化合物的ZINDO量子化学理论计算,得到了H+ 在煤表面的吸附能、相关化学键的键级、键长和净电荷分布.综合分析实验和计算的结果,确认了在水体系中煤的表面电荷为负电荷;煤的ζ电位等电点随煤化程度的提高有规律地升高;与煤表面ζ电位密切相关的负电性官能团主要是—OH基团;原煤经H2O2氧化后,—OH、和—COOH等官能团增多,煤表面负电性增加;H+在煤表面发生化学吸附,吸附能随着煤化程度的增加而增加.
    氢气氛下半焦有机硫的脱除动力学
    刘军利, 唐惠庆, 郭占成
    化工学报. 2004, 55(8):  1335-1340. 
    摘要 ( 630 )   PDF (578KB) ( 159 )  
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    研究了半焦颗粒在氢气氛下有机硫脱除的本征动力学行为.实验采用微分反应器,研究结果表明,半焦颗粒的脱硫与气氛、温度和半焦硫含量有关.通过比较粒子反应模型和随机孔模型,粒子反应模型仅适合于处理半焦颗粒氢气气氛脱硫的初始阶段,而随机孔模型符合整个脱硫过程.实验和理论分析揭示了脱硫过程中煤中有机硫形态的转化.

    木材经催化热分解向BTX和合成燃料的转化

    王昶;贾青竹;中川绅好;加藤邦夫
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1341-1347. 
    摘要 ( 696 )   PDF (550KB) ( 389 )  
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    以废木材生物质的有效利用为目的,使用粉粒流化床反应器,对3种木材进行了催化热分解实验,以4种催化效果不同的粒子作为流化床内的流化介质来考察催化热分解过程中介质颗粒、反应气体和热分解温度对产物分布的影响.木材的挥发性物质在700K时就已几乎分解出来,挥发性物质中的轻质芳香烃碳氢化合物(苯、甲苯、二甲苯和萘:BTXN)的收率随着热分解温度的升高而增加,1173K下达到3.1%(质量分数),daf.在氢气气氛下,当作为流化介质颗粒Zn(3%,质量分数)/HZSM-5催化剂对木材进行催化热分解时,853K下可得到6.1%, daf的轻质芳香烃碳氢化合物的收率(BTX 5.5%,daf、萘0.6%,daf).而在活性很高的NiMo-A加氢催化剂下,在863K时,催化热分解产物几乎全为甲烷.
    材料科学与工程

    煤基单壁纳米炭管的制备

    邱介山;李永峰;王同华;王云鹏;赵宗彬
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1348-1352. 
    摘要 ( 613 )   PDF (880KB) ( 408 )  
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    采用电弧等离子体技术,以铁粉、镍粉或La-Ni混合物为催化剂,由中国煤成功地制备出单壁纳米炭管.综合运用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量散射探针(EDX)及激光拉曼光谱等技术对所制得的单壁纳米炭管进行分析表征,发现得到的单壁纳米炭管具有较高的纯度;所制得的煤基单壁纳米炭管的直径与所使用的催化剂有关,以铁粉为催化剂时,单壁炭管的直径处于1.2~2.2nm之间,而以镍粉或La-Ni混合物为催化剂时得到单壁炭管的直径相近,处于1.26~1.50nm之间;与单壁炭管伴生的其他杂质是少量的碳包纳米金属颗粒和微量的源于原料煤中矿物质的Al、Si等杂原子.

    含钛中孔分子筛Ti-MSU的合成、表征与催化氧化性能

    郭建维;崔英德;王乐夫;刘卅
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1353-1357. 
    摘要 ( 567 )   PDF (507KB) ( 348 )  
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    分别以两种非离子表面活性剂C18(EO)10、C12Ph(EO)10为模板剂,硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,钛酸四丁酯(TBOT)为钛源,乙醇、异丙醇为溶剂分别合成了两种含钛中孔分子筛Ti-MSU-1和Ti-MSU-2.采用XRD、FT-IR、UV-Vis、元素分析(ICP)法、N2吸附-脱附等方法对合成的分子筛进行了结构测试和表征.将得到的Ti-MSU-1分子筛前体在高压釜中进行水热处理后,其孔道对称性或有序性显著增强,焙烧过程中热诱导的晶层收缩不再明显,而同样条件的热处理对Ti-MSU-2分子筛孔道结构改性不大.两种Ti-MSU分子筛均对苯乙烯具有催化氧化性能.苯乙烯转化率随中孔分子筛中含钛量的增大而增大.Ti-MSU-1分子筛与Ti-MSU-2分子筛在催化性能上没有太大差别,这与其结构的相似性是一致的.

    复合型水合物防聚剂

    徐勇军;杨晓西;丁静;叶国兴
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1358-1364. 
    摘要 ( 686 )   PDF (489KB) ( 356 )  
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    利用可视化蓝宝石高压流体测试系统,以甲烷水合物为研究对象,在水和壬烷组成的水-碳氢化合物的混合体系中,研究了由两种非离子表面活性剂组成的复合型防聚剂.实验结果表明,该类防聚剂用量为0.4%~0.8%(与水质量相比),所能承受的最大过冷度最高可以达到17℃,和单组分的表面活性剂防聚剂相比[用量一般为0.5%~3%(与水质量相比),最大过冷度最高的也只有12℃],其防聚性能有了很大的提高.另外,还对该类防聚剂的作用机理进行了探讨.
    热力学

    一种新的WS型混合法则

    韩晓红;陈光明
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1365-1368. 
    摘要 ( 783 )   PDF (339KB) ( 376 )  
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    传递现象

    规整填料塔液相流动的计算流体力学模拟

    张鹏;刘春江;袁希钢;余国琮
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1369-1373. 
    摘要 ( 646 )   PDF (982KB) ( 646 )  
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    搅拌槽内黏性流体流动的DPIV测量与CFD模拟

    饶麒;樊建华;王运东;费维扬
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1374-1379. 
    摘要 ( 611 )   PDF (1914KB) ( 254 )  
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    能源和环境工程

    热等离子体裂解天然气和煤制乙炔乙烯

    尚书勇;印永祥;李娟;何方方;戴晓雁
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1380-1383. 
    摘要 ( 643 )   PDF (1006KB) ( 295 )  
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    材料科学与工程

    支化和交联结构对丙烯酸粉末罩光漆抗冲击强度的影响

    陈松;刘亚康
    CIESC Journal. 2004, 55(8):  1384-1387. 
    摘要 ( 643 )   PDF (1097KB) ( 225 )  
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