DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 研究方法 1) 问卷调查法与量表测量：计划进行企业100位中层领导者和300~400位对应下属的配对量表的测量。初步拟定领导者需要测量的量表有：基本信息量表(包括性别、年龄、职位等)、人格特质测试量表(拟采用现有的A型行为类型量表)、挑战-阻碍性工作压力量表(拟采用Rodell & Judge (2009)制定的挑战性-阻碍性工作压力量表)、情绪智力量表(拟采用Wong & Law (2002)提出的情绪智力16个题项量表)、自我损耗量表(参考Lanaj等人(2014)测量自我损耗的25题项量表)、辱虐行为量表(Tepper (2000)提出的辱虐管理15题项量表)。 数据收集之后对理论模型分别进行探索性因子分析和验证性因子分析，对所提出的假设进行验证。 2) 情景模拟实验法：计划：80名MBA学生(模拟领导者)进行情景模拟实验。 ① 实验前期工作：首先填写基本信息以及进行情绪智力测试、人格特质测试；其次，营造辱虐氛围：观看领导者对下属进行斥责、辱骂、嘲笑、态度粗鲁、发火、说坏话等相关视频或者图片。 ② 情景设计：情景1：高辱虐氛围 + 高情绪智力；情景2：高辱虐氛围 + 低情绪智力；情景3：低辱虐氛围 + 高情绪智力；情景4：低辱虐氛围 + 低情绪智力。 ③ 实验过程： a) 按四个情景分别进行实验分配任务(要求在规定时间内(比如2小时)完成某产品的营销计划，每30分钟施压一次)； b) 施压方式：挑战性工作压力(增加工作难度、增加工作时间等)；阻碍性工作压力(无故批评、无故调换岗位、故意调整任务程序等等)； c) “照片 + 笔 + 录音”记录情景模拟过程大家的表现； d) 任务完成的绩效(时间 + 结果)； e) MBA学生的填写工作压力量表、自我损耗量表；观察者填写实验对象辱虐管理行为量表。相关量表采用问卷调查中对应的量表。 ④ 实验结果分析： a) 依据收集到的实验数据分别进行探索性因子分析和验证性因子分析，对所提出的假设进行实验验证； b) 访谈MBA学生在被施压之后的最想做的事情是什么？ c) 撰写实验报告。
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user: 5. 研究特色与创新 1) 对“挑战-阻碍性工作压力是否会诱发辱虐领导行为”以及其“诱发机制”进行深入的研究。研究成果一方面补充对辱虐领导行为的前因变量的研究，另外一方面也补充挑战-阻碍性工作压力的结果变量研究。 2) 从自我损耗的视角出发，关注领导面临挑战-阻碍性压力时自我损耗程度是否有差异，以及哪种程度的自我损耗会导致辱虐领导行为。 3) 本研究主要关注领导心理感受的挑战-阻碍性压力对心理资源自我损耗的影响，在领导的情绪智力和组织环境中的辱虐氛围调节作用下，如何诱发辱虐领导行为的心理机制。 4) 本研究设计拟采用实证研究与实验研究相结合的研究范式，这种研究范式不仅能充分验证本研究的假设，同时也能够证明研究的有效性。实证研究中，采用配对样本调查的方式，客观有效地收集辱虐领导行为的有关数据；实验研究中，采用情景模拟实验方式开展研究，有助于观察领导在模拟情境下真实反应的数据。此外，为了避免个体差异性在知觉挑战-阻碍性工作压力上的差异问题，在研究设计中，会依据个体的一些共同特征(比如，领导的性别、领导的人格特质、领导的年龄阶段、领导的文化背景等)进行分类研究。
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user: 推动氮肥工业技术创新、促进农业绿色 生态发展
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user: 摘 要 本文概述速效氮肥工业存在的弊端，和缓效氮肥草酰胺的优点；介绍发明专利“一种合成草酰胺连续工艺”的技术内容：用气体分离技术直接从煤制合成气分离提取H 2 ≥ 99.99 v%氢和从空气分离提取N 2 ≥ 99.99 v%氮配成合成氨所需合成气用于合成氨；煤制合成气分离氢气后的CO气体，经脱氢净化后，用于气相催化合成草酸酯；用草酸酯与氨反应合成缓效氮肥草酰胺，取代现有氮肥工业必须由煤制合成气经中温和低温CO水煤气变换、生产大量CO 2 气体、在高温、高压条件下用于与氨反应合成尿素或碳铵，填补国际氮肥工业长期无法大规模、直接、连续合成缓效氮肥和草酰胺二项空白，使氮肥工业的生产工艺流程和产品结构都发生变革和创新，大量生产缓效氮肥草酰胺用于农业生产，以达到提高氮肥肥效和利用率，减少氮肥的流失和浪费，达到节约资源和能源，减轻水源和环境污染，提高农业产品产量和质量，促进现代绿色生态农业生产发展，造福全人类。 关键词 :气体分离，缓效氮肥，连续工艺，催化，合成氨，合成草酸酯，合成草酰胺 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 我国大力推行“创新驱动发展”和可持续发展战略，贯彻创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，坚持节约资源和保护环境并重的基本国策，实行严格的生态环境保护制度，坚决打好污染防治攻坚战，建设美丽中国。 现有氮肥工业是由煤制合成气，经中温和低温CO水煤气变换、低温甲醇洗脱硫、脱碳和甲烷化精制，获得合成气用于催化合成氨，把分离得到的大量CO 2 气体与氨高温高压合成尿素或碳铵。这种生产工艺过程，存在物耗大、能耗高，并且只能生产速效氮肥尿素或碳铵；而速效氮肥存在肥效低、流失多、浪费大、污染严重等弊端，无法适应现代绿色生态农牧业生产发展需要，迫切需要进行产业结构调整和产品升级换代。随着我国C1化学工业的技术进步，我们在开发成功“煤经草酸酯制乙二醇”战略新兴产业并实现大规模产业化基础上，又开发成功“一种合成草酰胺连续工艺”专利，填补国际氮肥工业长期无法直接、大规模、连续合成缓效氮肥和草酰胺二项空白。本专利可使氮肥工业的生产工艺流程和产品结构都发生变革，大量生产优质缓效氮肥草酰胺代替速效氮肥尿素用于农牧业生产，以提高氮肥肥效和利用率，减少氮肥的流失和浪费，达到节约资源和能源，减轻水源和环境污染，提高农业产品产量和质量，促进现代绿色生态农业生产发展，造福全人类。为推动氮肥工业技术创新，促进现代农业绿色生态发展，特简介本专利。
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user: 2. 氮肥工业的弊端迫切需要产品升级换代 氮肥工业是国民经济基础工业和农牧业生产发展的支柱产业，直接关系国家粮油食品安全，在国民经济中占有重要地位。目前主要生产速效氮肥合成氨、尿素和碳酸氢铵。 我国是世界上最大的氮肥生产国和消费国 [ 1 ] 。2015年累计生产合成氨6646万吨，产量居世界第一；生产尿素7100万吨，占世界总产量1/3强；每年施用的尿素肥料达到4500万吨 [ 2 ] 。 速效氮肥的弊端无法满足现代农业生产发展需要 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] ： 1) 速效氮肥弊端之一：尿素和碳铵都是速效氮肥，易溶于水，施肥后未被植物吸收利用，就会被水流带走流失。我国所施氮肥(尿素和碳铵)，通过挥发、淋溶和水径流等途径，平均损失率达45%，每年损失的氮肥高达2000多万吨尿素。氮肥的大量流失，既造成巨大经济损失，也造成资源、能源的严重浪费； 2) 速效氮肥弊端之二：氮肥的大量流失，还造成江、河、湖、海水质的严重污染，导致许多江、河、湖、海水里的鱼类资源大量减少，给生态环境造成极其严重后果； 3) 速效氮肥弊端之三：速效氮肥的大量施用会造成蔬菜、水果中硝酸盐含量超标，影响人类生存和健康质量； 4) 现代农业种植要求施用一次性缓释肥：① 农作物要求施用一次性缓释肥料已成为当代施肥的发展趋势 [ 3 ] ，因速效氮肥过量施用会烧坏农作物，必须分批多次施用，费工费时；② 且分次施肥利用率较低，损失严重，造成资源与能源巨大浪费，造成严重环境污染；③ 多数农作物生长中后期枝叶繁茂，机械化施肥困难，人工撒施追肥，劳动强度大，且追肥多施于表土，损失大，无法满足农作物对营养的需求；④ 我国农村劳力结构已发生改变，壮年劳力缺乏，分次施肥难以实现；开发一次性用肥是弥补农村劳力不足的有效途径； 5) 合成氨造气和气体净化工艺需要更新：目前，世界各国的合成氨造气和气体净化工艺 [ 7 ] ，是将煤或天然气制成水煤气，经中温和低温CO水煤气变换、低温甲醇洗脱硫、脱碳及气体甲烷化精制等工艺过程。这种传统造气和净化工艺，设备多、投资大，操作烦琐，能耗高、物耗大，浪费资源和能源；还造成大量CO 2 气体的生产和排放，不利于节能减排和环境保护；同时，用CO 2 气体与氨高温高压合成尿素，设备要求严，投资大，能耗高，有待创新发展； 6) 速效氮肥二次加工成缓释肥料，无法满足现代农业发展需要 长期以来，为解决速效氮肥被水流带走的损失和浪费，提高氮肥利用率，世界各国都投入大量人力、物力和资金，对尿素等速效氮肥改造成缓释肥料进行研究和开发。已开发出缓释肥料品种包括：包膜控释肥料、包膜缓释肥料，以及加入硝化抑制剂或脲酶抑制剂等制成的各种稳定性肥料；近年还新开发成功用聚天冬氨酸作为氮肥增效剂，制成聚天冬氨酸尿素、聚天冬氨酸复合肥和释控肥。但这样做，工艺复杂，费工、费时，还消耗大量包膜高分子材料；而这些包膜高分子材料本身都不是肥料，又不易降解，既增加氮肥生产成本，还造成二次土壤污染；二次加工的缓释肥料因工艺复杂、成本高，只能小批量间断生产，无法满足现代规模农业发展需要； 综上所述，速效氮肥工业的上述弊端、迫切需要进行生产工艺和产品升级换代，开发能满足现代农业作物生育期养分需求、不容易被水带走流失、可一次性施用的新型缓效氮肥。草酰胺可以满足上述需要，是当前经过实验证明最成熟、最可靠、也最适合于农业、牧业、林业、瓜果、蔬菜、花卉业和特种种植业需要的、稳定性良好的优质缓效氮肥品种。原中国科学院福建物质结构研究所陈贻盾研究员，在开发成功“煤经草酸酯合成乙二醇”大规模产业化基础上，创新“一种合成草酰胺连续工艺”专利(ZL-201110143368.6) [ 8 ] ，填补“世界氮肥工业长期无法直接、大规模、连续合成缓效氮肥”和“连续合成草酰胺”两项空白；将发展成为未来世界氮肥工业的发展方向。
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user: 3. 草酰胺的优良特性 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 草酰胺分子式(CONH 2 ) 2 ；分子量88.658；含氮量为31.79%；外观呈无色结晶或粉末，无毒无味；相对密度1.667 g/cm 3 ；熔点419℃；微溶于水，在水中的溶解度仅0.016%，不溶于乙醇和乙醚；不易吸湿；加热可分解为氨和二氧化碳；在热水中生成乙二酸胺(COONH 4 ) 2 。 草酰胺作为氮肥施用有如下优点： 1) 草酰胺的优点之一：草酰胺在潮湿土壤中受微生物作用和自身水解作用，能逐步缓慢释放出植物生长必须的氨态氮；不因施肥不及时造成作物缺氮减产，也不因施肥过量造成植物吸收过量氮肥而奇形生长； 2) 草酰胺的溶解度小，不会流失和污染环境：草酰胺在水中的溶解度很小，仅0.016%，施肥后不容易被水流带走损失；用草酰胺代替尿素或碳铵施用，可大大减少氮肥的损失和浪费，从而有效减少氮肥流失造成水源和环境污染，达到节约资源、节约能源、保护环境的目标，符合绿色生态农牧业生产发展需要； 3) 草酰胺作基肥施用的优点：草酰胺能缓慢释放出植物生长所必须的氨态氮，可作为基肥一次施用，节省施肥劳动力。用草酰胺作为基肥施用，既可用于农业作物生产，更特别适合于林业、牧业、瓜果、花卉和特种种植业的需要(有资料指出，草酰胺代替尿素用于牧草施肥，牧草的产量可提高6倍)； 4) 草酰胺与包膜尿素等缓释氮肥相比的优点 [ 3 ] [ 5 ] ：草酰胺自身具有低溶解性，不用包膜材料，只需简单造粒便可实现养分的缓慢释放，生产简单、便捷；且草酰胺在土壤中通过微生物的作用缓慢降解，最终产物为氨和二氧化碳。这二种降解产物都会全部被植物吸收，用于植物营养和光合作用，不会浪费； 5) 用草酰胺代替尿素施用，农作物增产效果显著： 在我们合作进行“煤经草酸酯合成乙二醇”产业化成功基础上，2009年，陈贻盾把用草酸酯制备草酰胺的技术传授给江苏丹化集团，他们于2010年组建草酰胺团队，用合成的草酸酯与氨反应，生产了数千吨草酰胺颗粒氮肥，在多地进行多种作物的大田施肥考察，实验长达五年时间，取得良好效果(见表1)： 记者李华 [ 7 ] 报导：江苏太仓全市10个技术试验基地，2015年施用草酰胺进行大面积一次性施肥试验的水稻再获丰收，平均亩产646.9公斤，比常规施肥产量高5.10%；“丹化集团”郦志文用公司生产的草酰胺在内蒙通辽进行37亩水稻大田施肥实验，草酰胺的用肥量只有对比组尿素施肥含氮量的一半，实验结果，草酰胺施肥组的水稻亩产达1523斤，比尿素组的1270斤增产253斤，增产率达19.92%；卜东升等 [ 8 ] 介绍：草酰胺在土壤中缓慢释放养分过程符合棉花生育期“两头小中间大”需肥规律，滴灌棉田施用草酰胺的皮棉产量较常规施肥增加148.6 kg·hm −2 ，增幅达5.8%；沈文忠 [ 3 ] 等介绍：用草酰胺施肥，玉米产量提高7.73%；甘蔗产量提高9.86%；小麦产量提高2.49%；在保证产量的前提下，和尿素比，在辣椒上施用草酰胺能节省40%的氮肥用量；在水稻和甘蔗上施用草酰胺能减少30%氮肥用量。综合多项 Table 1 Effect of slow-acting nitrogen fertilizer oxamide on crop fertilizatio 实验地点、面积、作物品种 尿素含氮量 草酰胺含氮量 常规尿素产量 (公斤/亩) 草酰胺产量 (公斤/亩) 增产率% 2012年内蒙通辽37亩水稻田基肥 常规 草酰胺量为尿素 含氮量一半 635.0 761.5 19.92% 2015年江苏太仓10个实验基地50亩 水稻施用基肥 常规 比常规施肥减少 15%氮肥 ---- 646.9 5.10% 2016年江苏昆山19.9亩武运粳30亩 水稻施用基肥 氮含量20N 氮含量12N 663.26 722.89 11.26% 2016年江苏常熟19.6亩常优2号水稻施用基肥 氮含量19N 氮含量12N 611.7 660.9 8.043% 2016年江苏常熟南粳46号水稻施用基肥 17.48亩 氮含量19N 19.6亩 氮含量12N 555.5 584.5 5.22% 新疆滴灌棉田 常规 棉花 增产148.5 5.8% 河南开封(潮士)玉米施用基肥 常规 玉米 产量提高 7.73% 广西南宁(赤红壤)甘蔗施用基肥 常规 甘蔗 产量提高 9.86% 江苏丹阳小麦施用基肥 常规 小麦 产量提高 2.49% 表1. 缓效氮肥草酰胺对农作物的施肥效果 试验结果表明，与当地常规施肥相比，施用草酰胺缓释肥具有稳定增产增收效果；该技术操作简便，可明显减少肥料投入，降低肥料成本；还减少了肥料流失，减轻水源和环境污染。以上说明该项技术用于作物生产，综合优势明显，值得大力推广。
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user: 4. 发明专利“一种合成草酰胺连续工艺”技术简介 [ 6 ] 1) 目前草酰胺的生产工艺有三种：① 用氢氰酸(HCN)氧化生成乙氰(CN) 2 )，再水解制草酰胺。该法氢氰酸毒性大、成本高，无法工业化；② 热解法：用草酸铵或草酸尿素热解得到一些草酰胺，该法成本高，无实用价值，③ 草酸酯氨解法：它只是“合成草酰胺连续工艺”专利技术的最后一步，是把合成氨厂的氨和合成草酸酯厂的草酸酯分别拿来合成草酰胺；这样做会分别使合成氨和合成草酸酯企业的物料不平衡，无法大规模连续生产。 2) 连续合成草酰胺反应的基本反应式： 采用煤(天然气)制合成气(CO + H 2 )，用于合成草酰胺，其反应式如下： 煤制合成气： 3C + 3H 2 O → 3CO + 3H 2 (1) 天然气制合成气： CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (2) 合成氨反应： 6H 2 + 2N 2 → 4NH 3 (3) 合成草酸酯反应： 4CO + 4RONO → 2(COOR) 2 + 4NO (4) 尾气NO回收再生： 4NO + O 2 + 4ROH → 4RONO + 2H 2 O (5) 草酸酯与氨制草酰胺： 2(COOR) 2 + 4NH 3 → 2(CONH 2 ) 2 + 4ROH (6) 把式(1) + (2) + (3) + (4) + (5) + (6)，得到合成草酰胺的净反应式(7)： 3C + CH 4 + 2H 2 O + 2N 2 + O 2 → 2(CONH 2 ) 2 (7) 由上述反应式(7)可以看到，合成气(CO + H 2 )中的CO和H 2 组份都得到有效、充分利用。 3) 连续合成草酰胺的工艺流程示意简图 (Schematic diagram of process flow for continuous synthesis of oxamide) (下图) 工艺流程简图说明：1、由原料煤(天然气)制合成气送入(CO + H 2 )贮气罐，然后经变压吸附或深冷技术提取H 2 ≥ 99.99 V%氢气用于与从空气分离提取N 2 ≥ 99.99 v%氮气，配成合成氨所需氮–氢混合气(N 2 ：3H 2 )用于合成氨(式3)；2、从合成气贮气罐的(CO + H 2 )经分离提取H 2 ≥ 99.99 V%氢气后余下的CO气体经脱氢净化后放入CO贮气罐，用于与由NO与O 2 和醇进行氧化酯化反应生成的亚硝酸酯气体进入合成草酸酯气体贮罐混合后送入合成草酸酯反应塔，催化合成草酸酯，反应尾气进入尾气再生塔与醇和从空气分离的氧反应，再生成亚硝酸酯，回收循环利用；3、最后，用已经合成的草酸酯与氨反应合成草酰胺，经分离回收醇类，固体草酰胺经烘干、造粒出售。
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user: 5. “合成草酰胺连续工艺”的技术特点 a) 用气体分离技术从煤(天然气)制合成气(CO + H 2 )(式1或式2)分离提取H 2 ≥ 99.99 V%氢气和从空气分离提取N 2 ≥ 99.99 v%氮气，配成合成氨所需氮-氢混合气(N 2 ：3H 2 )用于合成氨(式3)；革除现有合成氨所需合成气是由煤(或天然气)制合成气(CO + H 2 )经中温和低温CO水煤气变换、低温甲醇洗脱硫脱碳和甲烷化精制等工艺；使合成氨的造气和气体净化工艺过程发生变革和创新，有利于简化设备和操作，可减少物耗和能耗，节约资源和能源，减轻环境污染，节能降耗降成本； b) 把合成气(CO + H 2 )分离氢气后的工业CO气体，通过提纯到CO ≥ 98 v%，再经脱氢、除水等净化后，全部用于连续合成草酸酯 [ 12 ] ，反应尾气中的NO与醇类及氧气反应、再生成亚硝酸酯回收循环利用(式5)。革除现有氮肥工业必须把CO进行水煤气变换生成大量CO 2 气体，用于直接与氨高温高压合成尿素或碳铵，以有效减少CO 2 气体的大量生产和排放，减少高温高压合成尿素所需设备投资和高能耗。在整个合成草酸酯反应过程中，NO和醇类理论上是不消耗的。所以，只需用煤(天然气)、水及空气中的氧和氮，就可以合成出重要化工原料和缓效氮肥草酰胺(式7)。这样做，合成气中的CO和H 2 组分全部都得到有效、充分利用，原料路线和工艺过程具有极大优越性； c) 把步骤1合成的氨和步骤2合成的草酸酯放在一起反应，用于合成肥效高、用量省、流失少、绿色环保的优质缓效氮肥草酰胺，革除现有氮肥工业必须把CO变换生成大量CO 2 用于与氨高温高压合成肥效低、流失多、浪费大、污染严重的速效氮肥尿素(或碳铵)，以填补世界现代氮肥工业长期无法直接、大规模、连续合成缓效氮肥的严重困难被动不利局面；这是至今世界上尚未见到的连续合成缓效氮肥草酰胺的最新专利技术； d) 本专利除生产草酸酯、草酰胺外，还可直接把草酸酯加氢合成乙二醇 [ 11 ] ；水解生产草酸；部份加氢合成乙醇酸酯和乙醇酸、进而生产具有重要生物活性的聚乙醇酸生物工程塑料；用草酸酯与苯酚反应合成草酸二苯酯经脱羰生成碳酸二苯酯，可代替光气法合成最有发展前途的聚碳酸酯；同时还可生产乙醛酸、乙二醛、乙二酰氯、草酰肼等多种重要化工原料，有利于把合成氨和氮肥工业办成能同时生产多种重要化工原料的化肥–化工联合企业，以取得更好经济社会效益，改变现有氮肥工业只能单一生产氮肥效益低、企业面临亏损等困难被动局面，利于氮肥工业长期健康可持续发展。
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user: 6. “合成草酰胺连续工艺”技术成熟可靠 本专利由煤(或天然气)制合成气和气体分离技术及合成氨技术、合成草酸酯技术和合成草酰胺技术共三大部份组成。 1) 煤(天然气)制合成气技术：有多种现成成熟可靠的成套技术可供选用；气体分离技术(包括变压吸和深冷分离技术)有多家现成可靠配套技术可供选用；合成氨技术遍布全国，可充分利用现有合成氨设备、配套设施和大批工程技术队伍用于生产草酰胺，有利于节省投资、加快发展； 2) 合成草酸酯技术 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] ：这是“合成草酰胺连续工艺”专利的核心、关键、配套技术。陈贻盾经过30多年艰苦努力，研发成功全部采用工业原料的六项自主创新工艺专利和二个催化剂，获得“气相催化合成草酸酯连续工艺”专利(ZL-90101447.8) [ 10 ] (荣获2008年国际发明展览会金奖)；于2005年6月起在江苏丹化集团真诚合作和大力帮助下，只用三年多时间就使成套技术走出三大步：① 完成300吨/年规模中试；② 建成世界首创“万吨级煤经草酸酯合成乙二醇工业示范装置”，成果于2009年在江苏通过由中科院组织专家组鉴定，鉴定结论 [ 11 ] ：“成套技术处于国际领先水平”；③ 用鉴定成果在内蒙通辽建设“用褐煤年产40万吨草酸酯合成20万吨乙二醇工业装置”，于2009年底建成投产、生产出合格草酸酯和乙二醇产品，使我国在世界上率先实现煤制乙二醇成套技术的工业化应用，真正实现“用煤代替石油乙烯合成乙二醇”国家战略目标，成为我国C1化工领先世界先进水平一项重大成果，开创我国“煤制乙二醇”工业化生产新纪元。这一技术进步被500多名两院院士推荐入选“2009年中国十大科技新闻” [ 12 ] ；煤制乙二醇研究集体被授予“2009年中科院杰出科技成就奖” [ 13 ] 和“2013年中科院王宽诚教育基金成果转移转化特别贡献奖” [ 14 ] ；陈贻盾是这项“煤制乙二醇”原课题组长、成套工艺专利和催化剂技术发明人、成果排名第一人、“2009年中科院杰出科技成就奖”第一名获奖者 [ 15 ] 。目前“通辽金煤”的“煤制20万吨乙二醇”装置已经达到设计产能的90%~98%，草酸酯选择性≥99%；“通辽金煤”用这项成套技术与河南煤业集团合作，在河南建成5套“用原煤年产40万吨草酸酯合成20万吨乙二醇”装置，其中安阳、濮阳和永城建成的三套装置已经达到设计产能的90%~98%。在这项“煤经草酸酯制乙二醇”成套专利创新技术产业化成功示范和引领下，“煤制乙二醇”已发展成为国家煤化工战略新兴产业，全国已有40多家企业投巨资建设“煤制乙二醇”装置；到2020年我国将建成1026万吨“煤制乙二醇”产能 [ 15 ] ，彻底结束年进口800多万吨乙二醇困局。大量工业实践说明，CO“气相催化合成草酸酯连续工艺” [ 11 ] 专利技术已完全成熟并实现大规模产业化，为合成草酸酯培养了大批工程设计建设队伍和工业生产专家技术人才，为“合成草酰胺连续工艺”大规模产业化实施和推广奠定了良好基础； 3) 合成草酰胺技术：草酸酯与氨反应合成草酰胺是普通的化学反应，本身不存在技术壁垒，生产工艺、反应条件、控制操作方法等都已十分成熟。江苏丹化集团已用“通辽金煤”生产的草酸酯与氨反应生产出数千吨草酰胺，直接用于进行包括水稻、小麦、玉米、棉花、甘蔗、瓜果等多种作物、多地的大田施肥实验，时间长达五年(见表1)，并取得“减施增产”良好效果 [ 3 ] [ 7 ] [ 8 ] ； 综上所述，“合成草酰胺连续工艺”全套技术已经完全成熟可靠，可直接建设10~50万吨草酰胺装置。如果利用现有合成氨和半水煤气装置，建设10万吨草酰胺装置[包括建一套半水煤气分离提纯Ｈ2和CO装置(约4000万元)、一套CO气相催化合成草酸酯装置(约1.3亿)和一套合成草酰胺装置(约2000万元)]，投资约2亿元，用15~18个月可建成投产；建设30~50万吨连续合成草酰胺装置，投资约5~7亿元；在大型煤矿产地建厂，草酰胺生产成本有希望在2000~2500元/吨，可连续大规模生产缓效氮肥草酰胺供应农牧业生产需要，早日实现绿色生态发展。
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user: 7. “合成草酰胺连续工艺”大规模产业化的重要意义 1) “合成草酰胺连续工艺”重大意义：本专利填补世界氮肥工业长期无法直接、大规模、连续合成缓效氮肥草酰胺空白。这是一项国家迫切需要解决而长期一直未能解决的、事关国民经济发展的基础性、全局性、战略性和方向性的重大创新技术，是国家实施绿色生态可持续发展战略、促进现代农业生产早日实现绿色生态发展的重大技术；它将为我国氮肥工业赶超世界先进水平、落实“联合国2030年可持续发展议程”做出贡献。 2) 速效氮肥工业生产规模越大、施肥用量越大，损失越严重：目前我国的尿素施用量已达4700万吨 [ 1 ] ，居世界总量的1/3强，其流失率约40%~45%；如果有一半用缓效氮肥草酰胺替代，每年可减少1000多万吨尿素的损失，其经济和社会效益不言而喻； 3) 合成氨现有造气和净化工艺改造势在必行：用气体分离技术直接从煤制合成气分离提取H 2 ≥ 99.99 V%氢气和从空气分离提取N 2 ≥ 99.99 V%氮气，用于生产合成氨所需合成气，革除现有合成氨的合成气(N 2 + 3H 2 )是由煤制水煤气经中温和低温CO水煤气变换、低温甲醇洗脱硫脱碳和甲烷化精制等工艺 [ 6 ] ，可大大简化工艺流程和设备，减少能耗和物耗；节能降耗效果显著； 4) 用气体分离技术，既可提取合成氨所需合成气用于合成氨，又可同时提取高浓度CO气体用于“CO气相催化合成草酸酯”，并与氨反应合成草酰胺，优势明显：这样做可以革除现有氮肥工业必须把CO经中温和低温CO水煤气变换，生产大量CO 2 与氨高温高压合成尿素或碳铵，利于减少CO 2 气体的大量生产和排放，减少合成尿素所需高温高压设备和高能耗，节能又环保； 5) 草酰胺作为氮肥施用优势明显：用肥效高、用量省、流失少、绿色环保的优质缓效氮肥草酰胺，取代肥效低、流失多、浪费大、污染严重的速效氮肥尿素或碳铵用于农牧业生产，既可有效减少约30%的施肥量，还可节省施肥劳力，并可使农作物增产5%~10%，其产生的巨大经济社会效益难以估量； 6) 用草酰胺施肥可有效减少氮肥的流失和污染：用优质缓效氮肥草酰胺代替速效氮肥尿素用于农牧业生产，可逐步解决目前施用尿素流失率约40%~45%、造成江、河、湖、海大面积面源污染的严重局面，利于江河湖海水质和生态环境改善； 7) 大型合成氨和氮肥企业是发展草酰胺生产的主力军：目前全国数百家大中型合成氨厂和氮肥企业，有的效益低下，甚至面临关、停、并、转的严重局面；如果这些企业利用现有煤(或天然气)制合成气设备、合成氨设备及技术队伍，利用本专利进行草酰胺生产，可节省大量人力、物力和资金投资，又可使企业可以同时生产草酸酯、草酸、乙二醇、草酰胺、乙醇酸酯和乙醇酸及聚乙醇酸生物医用工程材料等 [ 11 ] 重要化工原料，把氮肥工业办成能同时生产化肥和多种重要化工产品的化工联合企业，取得更好经济社会效益，利于企业长期稳定持续健康发展，利国利民； 8) 煤矿产地是发展草酰胺生产的最优选择：我国有相对丰富的煤炭资源，可在大型煤矿产地建设50~100万吨级合成草酰胺装置，有利于降低合成草酰胺生产成本，使我国成为世界上生产和使用缓效氮肥草酰胺的大国和强国，造福人民； 9) “煤制乙二醇企业”具有发展草酰胺生产的独特优势：目前，全国已有40多家企业投巨资开展“煤经草酸酯制乙二醇”建设，到2020年我国将建成1026万吨“煤经草酸酯制乙二醇”产能 [ 15 ] 。“煤制乙二醇”大规模产业化成功，为本专利实施和推广准备了大批“合成草酸酯”工程设计建设队伍和大批专家技术人才，为草酰胺连续大规模生产创造了非常有利条件。 氮肥工业的发展主要依靠氮肥工业战线的大批专家和工程技术队伍。相信他们比我们更真切了解速效氮肥的弊端，也更迫切要求大力发展绿色生态优质缓效氮肥。他们是缓效氮肥草酰胺产业化和推广应用的主力军。缓效氮肥草酰胺生产是一项支农、惠民和造福全社会的战略新兴产业，它的发展需要国家和政府的大力扶持和支持，需要国家和全社会都下大力量共同进行培育和推进。国家正大力实施“绿色生态可持续发展”和“创新驱动发展”战略，大力培育战略新兴产业发展。相信，在国家和全社会的大力支持和培育下，这项惠民、支农和造福全社会的战略新兴产业，一定会得到快速发展，为我国粮油绿色生态发展做出贡献，使我国成为世界上生产和推广使用缓效氮肥草酰胺的大国和强国，并跟随“一路一带”走向全世界，造福全人类。
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user: 8. 结束语 1) 速效氮肥尿素或碳铵存在肥效低、用量大、流失多、污染严重和合成氨的合成气生产工艺存在的缺点，迫切需要进行生产工艺创新和产品升级换代，以适应绿色生态可持续发展战略和现代绿色生态农业生产发展需要，这是时代发展的必然趋势，为缓效氮肥草酰胺的发展创造了条件； 2) 草酰胺作为缓效氮肥施用的优点，已经取得大田施肥实验效果的证实。用草酰胺代替尿素施肥，可提高氮肥肥效和利用率，减少氮肥的流失和浪费，减轻水源和环境污染，达到节约资源和能源，保护生态环境，并使农作物提高产品产量和质量，促进现代绿色生态农业生产发展，造福全人类。 3) “一种合成草酰连续工艺”专利：由现有煤制合成气经气体分离技术生产合成氨所需合成气及合成氨技术、合成草酸酯技术和合成草酰胺技术三大部份组成。本专利填补世界氮肥工业长期无法直接、大规模、连续合成缓效氮肥和草酰胺二项空白，将成为未来氮肥工业重要发展方向； 4) “煤经草酸酯制乙二醇”成套技术的大规模产业化成功，为大规模、直接、连续合成草酰胺成功创造了良好条件。我们可以提供全套成熟、可靠、配套的合成草酰胺连续工艺生产技术，可在煤矿产地、“煤制乙二醇产业化”企业和现有合成氨企业，直接建设10到50万吨级草酰胺装置，大规模生产缓效氮肥草酰胺，满足现代绿色生态农业生产发展需要。 凡有条件和愿意实施本专利技术建厂生产草酰胺的企业，欢迎联系；专利发明人将给予前三家愿意实施本专利的企业特别优惠、甚至无偿给予实施。只要愿意建厂生产，什么条件都可以商量。我们的目的是让这项支农、惠民和造福全社会的先进适用技术，早日为国民经济建设和改善生态环境服务，使氮肥工业的生产工艺流程和产品结构都发生变革和创新，大量生产缓效氮肥草酰胺用于农业生产，以达到提高氮肥肥效和利用率，减少氮肥的流失和浪费，达到节约资源和能源，减轻水源和环境污染，提高农业产品产量和质量，促进现代绿色生态农业生产发展，造福全人类。
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user: 摘 要 使用有限元素分析软件ANSYS建立一精确之三维有限元素热传分析模型，于自然对流与强制对流环境中，针对一散热强化型覆晶球栅数组组合体的热传导、热对流与热辐射之行为进行模拟分析。这个散热强化型覆晶球栅数组组合体是基本型覆晶球栅数组构装体包封着封胶，接着在封胶上面黏附着一片铝质散热板，最后以锡球构装在印刷电路板上。本文报告了以上组合体之热传行为、散热效能与温度分布。最后，进行參數化分析，讨论散热板、封胶与黏着剂的设计参数对这个组合体散热性能的影响。 关键词 :散热板，覆晶球栅数组构装体，热传行为 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 集成电路(Integrated Circuit， IC)封装之目的是要将集成电路与相关的组件包封起来，防止外来的破坏、维持电子讯号与电力的传输。近年来由于电子产品朝向轻、薄、短小与多功能发展，覆晶球栅数组(flip-chip ball grid array， FC-BGA)封装因为有高I/O接脚数，高频噪声容易控制与高传输速度等优点，已成为先进封装的主流 [ 1 ] 。基本型覆晶球栅数组组合体(示意图如图1所示)，组合体是由许多材料所组成。 由于电子产品朝向高功率与高封装密度发展，使得散热问题变得很重要。很多散热的方法被发展出来，零件有散热板、金属盖、封胶与散热鳍片等。近年来许多学者研究各种强化散热构装体的构造并提出数值方法分析它们的热传特点。2002年Joiner等人 [ 2 ] 使用数值与实验方法比较FC-PBGA与FC-CBGA的散热性能，指出：如果二者都没有加装散热板，FC-PBGA的热阻会高出FC-CBGA 8℃/W；如果二者都有加装散热板，二者的散热性能会接近一致。2008年Lu等人 [ 3 ] 研究一基本型覆晶球栅数组构装体顶面加装了一散热板，探讨构装体的散热能力与可靠度，提出金属盖与芯片间的黏胶的导热系数对构装体散热能力有明显的影响。2010年Lee [ 4 ] 针对基本型覆晶球栅数组组合体，包封着封胶，示意图如图2所示，于自然对流对流环境中，进行散热研究，发现：封胶有助于组合体散热。2012年Shim等人 [ 5 ] 研究一基本型覆晶球栅数组构装体顶面加装了一散热板的热传行为，报告了凸块的热传特质。 本文针对基本型覆晶球栅数组组合体，包封着封胶，接着在封胶上面黏附着一片铝质散热板(示意图如图3所示)，进行研究。以ANSYS商业软件建立一精确之三维有限元素热传分析模型，于自然对流与强制对流环境中，针对此组合体进行热传行为及散热性能研究。最后，进行参数化分析，探讨散热板、封胶与黏着剂的设计参数对此组合体散热性能的影响。
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user: 2. 有限元素仿真 2.1. 覆晶球栅数组组合体描述 本文研究分析的三个覆晶球栅数组组合体是来自文献 [ 4 ] ，包括第一型、第二型与第三型组合体，第一型组合体又称为基本型覆晶球栅数组组合体，凸块(Solder bump)是全数组分布在芯片(Die)上，然后建构在基板(substrate)上方，芯片与基板间的空隙充填着底胶(Underfill)。底胶的功用是减少芯片与基板间的热膨胀系数不匹配造成的问题，并保护凸块，这样就形成基本型的覆晶球栅数组封装体。接着以锡球(Solder Ball)，将此封装体建构在印刷电路板(PCB)上，这样就形成基本型的覆晶球栅数组组合体。基板的尺寸是25 × 25 × 1.0 mm，基材是FR-5；印刷电路板的尺寸是100 × 100 × 1.4 mm，基材是FR-4。二者 图1. 第一型组合体 图2. 第二型组合体 图3. 第三型组合体 都是外层有防护层(Solder Mask)，里面有铜箔层(Cu Layer)的多层板。热通孔(Vias)目的是信号与热量传输，分布在基板及印刷电路板的内部。凸块与锡球分别是90Sn10Pb与60Sn40Pb锡铅合金材料。前者是全数组分布；后者是部份数组分布，分布图(从基板往下看的下视图)如图4所示，由于对称，只显现四分之一的分布。第二型组合体是基本型覆晶球栅数组组合体包封着封胶，如图2所示。第三型组合体是第二型组合体上面黏着一片散热板，如图3所示。黏着剂的厚度是1.4 mm。组合体组件的尺寸与材料性质如表1所示。 2.2. 控制方程式与边界条件 控制组合体内各组件温度的方程式为三维热扩散方程式，在稳定状况下此方程式为 ∂ ∂ x ( k x ∂ T ∂ x ) + ∂ ∂ y ( k y ∂ T ∂ y ) + ∂ ∂ z ( k z ∂ T ∂ z ) + g ˙ = 0 (1) 式中 g ˙ 单位体积热产生率， k x 、 k y 与 k z 分别为 x 、 y 与 z 方向的导热系数。 在自然与强制对流环境中，热量是以对流与辐射的方式由组合体表面散溢于周遭空气中。热通量公式如下所示 q = ( h c + h r ) ( T s − T ∞ ) (2) 式中 T s 为组合体之表面温度， T ∞ 为环境温度， h c 为热对流系数， h r 为热辐射系数。 在强制对流环境下热对流系数是采用Mertol [ 6 ] 所提之强制对流系数公式为 图4. 锡球分布图 Table 1 Assembly part dimensions and material conductivities [4 组件 尺寸(mm) 材料 热传导系数(W/m·K) 芯片 7.4 × 5.2 × 0.74 硅 109.0 底胶 环氧树脂 0.6 黏胶 9.1 × 9.1 × 0.05 连结剂 1.3 封胶 9.1 × 9.1 × 0.5 环氧树脂 0.7 基板 25 × 25 × 1.0 4层板，基材：FR-5 0.35 for FR-5 393 for铜 0.2 for防护层 锡球 直径0.77高0.45 40/60 Pb/Sn 36 凸块 直径0.127高0.0762 90/10 Pb/Sn 印刷电路板 100 × 100 × 1.52 4层板，基材：FR-4 0.35 for FR-4 393 for铜 0.2 for防护层 散热板 11.7 × 11.7 × 2.0 铝 226 表1. 组件尺寸与导热系数 [ 4 ] 在组合体表面 h c = 3.786 V / L (3) 在散热板表面 h c = 4.37 V / L (4) 式中 V ( m / s ) 与 L ( m ) 分别为风速与风向的长度。 在自然对流环境下热对流系数是采用Ellison [ 7 ] 所提之自然对流对流系为 h c = f ( Δ T s − a L c h ) n (5) 式中 Δ T s − a (℃)为表面温度 T s (℃)和环境温度 T a (℃)的差值， L c h (m)为特征长度， f 和 n 为其对应之常数。 针对水平放置平板，取 L c h = W ⋅ L / 2 ( W + L ) 式中 W ( m ) 与 L ( m ) 分别为平板之宽度与长度。若是上表面取常数 f = 0.83 ，   n = 0.33 ；若是下表面则取常数 f = 0.415 ，   n = 0.33 。针对垂直放置的平板，取 L c h = H 式中 H ( m ) 为平板高度、 f = 1.09 及 n = 0.35 。 热辐射系数是采用Chen等人 [ 8 ] 所提之热辐射系数公式为 h r = B f e ( T s + T ∞ ) ( T s 2 + T ∞ 2 ) (6) 式中 B 为Stephen-Boltzman常数( B = 5.67 × 10 − 8 ( W / m 2 / K 4 ) ， e 为物体表面放射率， f 为辐射视因子， T s 为封装体之表面温度， T ∞ 为环境温度。 本文假设芯片功率是3 W，周遭环境是50℃。综合以上对组合体的描述，由于对称，三维有限元素热传分析模型只建构四分之一的组合体。 2.3. 网格收敛分析 网格太疏松与数目太少会造成模拟结果不正确；网格过密与过多会造成运算时间冗长。为了得到一精密网格，于模拟过程中，逐次增加网格数量，直至组合体最高温度值收敛为止，于是本文选用的网格如图5所示。 2.4. 热阻 热阻通常被使用来代表电子组合体的散热能力，热阻值愈大代表散热能力愈差。其计算式一般如下所示： R j a = ( T j − T ∞ ) P (7) 式中 T j 是组合体的最高预测温度， T ∞ 是环境温度(℃)，P是芯片功率。
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user: 3. 结果与讨论 本文成功地使用三维有限元素法研究散热强化型覆晶球栅数组组合体的热传行为，得到的结果如下： 3.1. 温度分布 FC-PBGA基本型组合体(即第一型组合体)于自然对流环境中的温度分布如图6所示，最高温度发生 图5. 第三型组合体的有限元素网格 在芯片上面。包封封胶后(即第二型组合体)，温度分布图如图7所示，最高温度也发生在芯片上，但温度略为下降，验证了封胶有助于散热。接着在封胶上面黏附着一片铝质散热板(即第三型组合体)，温度分布图如图8所示，最高温度仍然发生在芯片上面，但是最高温度显着地下降。说明了散热板可以大幅地帮助散热。散热板的温度分布图如图9所示，最高温度发生在平板下方的中间处，最低温度产生于平板上 图6. 自然对流中基本型FC-PBGA组合体(第一型组合体)的温度分布图 图7. 自然对流中第二型组合体的温度分布图 图8. 自然对流中第三型组合体的温度分布图 图9. 自然对流中散热板的温度分布图 方最远的角落。整块板因为铝材料的高导热系数而呈现相当均匀的温度分布。进一步研究发现：在强制对流环境中也发生同样现象。在风速 v = 0 ~ 3   m / s 的环境中，风速对前述三种组合体之最高温度及热阻的影响如图10所示。发现此三种组合体散热能力随风速的变大而增加，但是边际散热能力随风速的变大而降低。 3.2. 设计参数的影响 本文探讨散热板、封胶与黏胶的设计参数对第三型组合体散热能力的影响。 3.2.1. 铝质散热板的影响 散热板导热系数对组合体最高温度及热阻之影响如图11所示，导热系数增加会减少热传路径上的热阻因而提高组合体的散热能力，但是当导热系数大于 50   W / m ⋅ K ，发现增加导热系数对组合体散热只有 很小的影响。 图12和图13分别为散热板宽度与厚度对组合体最高温度及热阻之影响。散热板宽度的影响是很显着 图10. 三种不同组合体之最高温度及热阻在不同风速下之比较 图11. 散热板导热系数对组合体最高温度及热阻之影响 图12. 散热板厚度对组合体最高温度及热阻之影响 的，增加散热板宽度，会大幅度地增加散热板的冷却面积，导致组合体的散热能力大幅度地增加。增加散热板厚度会增加散热板周边面积因而增加散热板的冷却面积，但因增加的幅度小，导致厚度对散热能力的影响小。另散热板厚度如果太小，会造咸散热板体积太小，导致它对组合体散热影响很小。 3.2.2. 封胶设计参数的影响 封胶的目的是要保护芯片并帮助芯片散热。封胶导热系数对组合体最高温度及热阻之影响，如图14所示。结果发现导热系数增加有助于散热，因为封胶导热系数增加，会减少热传路径上的热阻因而提高组合体的散热能力。封胶的间隙(gap)定义为芯片顶面与封胶顶面间的高度差，如图3所示，间隙增加会造成热传路径上的热阻增加，导致组合体的散热能力降低如图15所示。增加封胶宽度有助于芯片热量往上扩散至散热板，却不利于侧向扩散至外界，所以由图16得知，它对组合体散热能力的影响很小。 3.2.3. 黏着剂的影响 黏着剂的目的是要将散热板黏附到封胶上面并减少二者之间的接触热阻。黏着剂的导热系数与厚度对组合体最高温度及热阻之影响可以分别由图17和图18得知它们对散热的影响都很小。但是大一点的导热系数有助于散热因为导热系数增加会减少热传路径上的热阻；小一点的厚度有助于散热因为厚度减少会减少热传路径上的热阻。 图13. 散热板宽度对组合体最高温度及热阻之影响 图14. 封胶导热系数对组合体最高温度及热阻之影响 图15. 封胶间隙值对组合体最高温度及热阻之影响 图16. 封胶宽度对组合体最高温度及热阻之影响 图17. 黏胶导热系数对组合体最高温度及热阻之影响 图18. 黏胶厚度对组合体最高温度及热阻之影响
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user: 4. 结论 本文使用三维有限元素法，于自然对流与强制对流环境中，研究散热强化型覆晶球栅数组组合体的热传行为，得到的结论如下： 1) 第一型、第二型与第三型组合体于自然对流与强制对流环境中最高温度都发生在芯片上。 2) 铝质散热板宽度的影响比厚度的影响显着，这是因为增加宽度可以有效地增加散热板的冷却面积。散热板厚度太大(>2 mm)，会造成材料的浪费而且无法有效地增加组合体的散热。散热板厚度太小(< 0.05 mm)，散热板对组合体散热的帮助会不显着。散热板的导热系数有助于组合体的散热，但是导热系数大于 50   W / m ⋅ K ，增加导热系数对组合体散热只有很小的影响，所以将铝质(导热系数= 226   W / m ⋅ K )散热板换成铜质(导热系数= 398   W / m ⋅ K )散热板是不必要的。 3) 研究结果发现如果减少封胶的间隙或增加封胶的导热系数有助于组合体之散热，因为二者都会降低热传路径的热阻。封胶宽度对组合体散热性能的影响很小。封胶间隙的影响远大于宽度的影响。 4) 黏着剂对组合体散热性能的影响很小。但是，大一点的导热系数，小一点的厚度有助于组合体散热性能的提升。
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user: 摘 要 阐述了化学键研究所涉及的几个基本量子化学概念。通过量子化学计算，进行分子轨道和电子密度差分析，从Hellman-Feynman静电定理的视角，考察了化学键之一共价键的本质，共价键是在核(或基团)之间共享成键区电子所引起的结合力。 关键词 :化学键，共价键，Hellman-Feynman静电定理，成键区，电子共享，基团 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 3. 结论 化学键中的共价键是原子(基团)之间对成键区的电子共享，共享电子同时吸引着各个原子(基团)，克服了各原子(基团)之间的核与核的排斥和电子与电子的排斥，达到吸引和排斥的稳定平衡，形成了化学键。 极性共价键的结合力，不简单是形成正、负离子引起的纯粹静电引力，而是共享成键区的电子。极性键的转移电子多存在于反键区，并不对成键作贡献。
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user: 摘 要 本文首先建立m维无穷区域 Ω ≜ { ( x ， t ) | x ∈ R m ， t ∈ ( 0 ， T ) } 中各向异性的热传导方程的数学模型I；寻求向量函数 x = x ( t ) ∈ R m ， T > t > 0 使所求问题的解函数 w ( x ， t ) 在任意时刻 t ∈ ( 0 ， T ) 在该向量函数上取区域 R m 中的正的最大值，即 w ( x ( t ) ， t ) = m a x x ∈ R m w ( x ， t ) ， t ∈ ( 0 ， T ) 称向量函数 x = x ( t ) ， 0 < t < T 为最佳热源边界。并把该问题称为奇异内边界问题。数学模型I(m维无穷区域各向异性非齐次热传导方程齐次初始条件的奇异内边界问题)：求 { w ( x ， t ) ; x ( t ) } ，使其满足 { ∂ w ∂ t = 1 2 ∑ k ， j = 1 m a k j ∂ 2 w ∂ x k ∂ x j + ∑ k = 1 m ( r − q k ) ∂ w ∂ x k − r w + γ ( t ) δ ( x − x ( t ) ) ， x ∈ R m ， x ( t ) ∈ R m ， 0 < t < T w ( x ， 0 ) = 0 ， x ∈ R m w ( x ( t ) ， t ) = m a x x ∈ R m w ( x ， t ) ， 0 < t < T l i m x → − ∞ | w | < ∞ ， l i m x → ∞ | w | < ∞ (I) 其中： δ ( x − x ( t ) ) 为m维狄拉克d-函数；热传导方程的系数矩阵 A = ( a k j ) m × m 为m阶实对称非负矩阵。本文应用矩阵理论和广义特征函数法，在条件A为m阶实对称正定矩阵， A = B B T ( B ∈ R m × m 为正线下三角矩阵)下，获得了数学模型I的充分光滑的精确解 { w ( x ， t ) ; x ( t ) } ，其中奇异内边界的表达式是 x ( t ) = t B υ + χ ， 0 < t < T 。同时获得了m维各向异性齐次热传导方程的自由边界问题II a 和问题II b 的充分光滑的精确解，且两者的自由边界都是相同的m维向量函数表达式 x ( t ) = t B υ + χ ， 0 < t < T 。 关键词 :热传导方程，多维(m维)，各向异性，自由边界问题，实对称正定矩阵 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 一个偏微分方程的定解问题，若其定解区域的部分边界是待定的，它和定解问题的解彼此相关且必 须同时确定。这类定解问题，人们称之为自由边界问题，其待定边界称为自由边界。所有自由边界问题都是非线性问题。自由边界问题的研究有着广泛的实际背景。在渗流力学、等离子物理、塑性力学、射流等方面都提出了各种不同形式的定常和不定常自由边界问题 [ 1 ] - [ 12 ] 。为了研究m维各向异性热传导方程的自由边界问题，我们建立起相应的m维各向异性热传导方程的奇异内边界问题。本文假设在区域 Ω ≜ { ( x ， t ) | x ∈ R m ， t ∈ ( 0 ， T ) } 存在无重点的一条奇异内边界 Γ ≜ { ( x ， t ) | x = x ( t ) ， t ∈ ( 0 ， T ) ， ∀ t 1 ≠ t 2 ， x ( t 1 ) ≠ x ( t 2 ) } ；向量函数 x ( t ) ∈ R m 把 R m 分成 Ε ¯ − ( t ) 和 Ε ¯ + ( t ) 两部分， ∀ t ∈ ( 0 ， T ) ，满足条件 Ε ¯ − ( t ) ∪ Ε ¯ + ( t ) = R m ， Ε ¯ − ( t ) ∩ Ε ¯ + ( t ) = x ( t ) ； Γ ⊂ Ω 把区域 Ω 分成两个区域 Ω − 和 Ω + ， Ω = Ω − ∪ Γ ∪ Ω + ， Ω − ∩ Ω + = Φ (空集)；在 Ω − 和 Ω + 两个区域都分别满足齐次的m维各向异性热传导方程，在奇异内边界 Γ 上热传导方程具有一定奇性，在整个区域 Ω 用具有特殊自由项 γ ( t ) δ ( x − x ( t ) ) 的非齐次m维各向异性热传导方程来描述奇异内边界上的奇性， δ ( x − x ( t ) ) 为m维狄拉克d-函数， γ ( t ) 为奇异源强度函数。其中奇异内边界 Γ 是待定的，它和问题的解函数 w ( x ， t ) 彼此相关且必须同时确定。 显然寻求 { w ( x ， t ) ， Γ } 与寻求 { w ( x ， t ) ， x ( t ) } 是等价的。我们同时求 { w ( x ， t ) ， x ( t ) } ，使其满足数学模型I。称数学模型I为奇异内边界问题。即有 数学模型I (m维无穷区域各向异性非齐次热传导方程齐次初始条件的奇异内边界问题)： 求 { w ( x ， t ) ， x ( t ) } ，使其满足 { ∂ w ∂ t = 1 2 ∑ k ， j = 1 m a k j ∂ 2 w ∂ x k ∂ x j + ∑ k = 1 m ( r − q k ) ∂ w ∂ x k − r w + γ ( t ) δ ( x − x ( t ) ) ，   x ∈ R m ，   x ( t ) ∈ R m ，   0 < t < T w ( x ， 0 ) = 0 ，   x ∈ R m w ( x ( t ) ， t ) = max x ∈ R m w ( x ， t ) ，   0 < t < T lim x → − ∞ | w | < ∞ ，   lim x → ∞ | w | < ∞ (I) 应用矩阵理论和广义特征函数法，在条件 A = ( a k j ) m × m 为m阶实对称正定矩阵， A = B B T ( B ∈ R m × m 为正线下三角矩阵)下，获得了数学模型I的充分光滑的精确解 { w ( x ， t ) ; x ( t ) } 。同时获得了m维各向异性齐次热传导方程的自由边界问题II a 和问题II b 的充分光滑的精确解。问题II a 和问题II b 具有公共的自由边界 x ( t ) = t B υ + χ ， T > t > 0 。称m维向量函数表达式 为最佳热源边界。表达式 x ( t ) = t B υ + χ ， T > t > 0 满足条件 d x ( t ) d t = B υ ；其中 υ ≜ ( υ 1 ， ⋯ ， υ m ) T ， υ p = ∑ k = 1 p ( q k − r ) c k p ， p = 1 ， ⋯ ， m 。公式表明m维向量 B υ 由m维热传导方程中出现的所有参数 a k j ， q j ， r 唯一确定。
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user: 2. 符号说明 m为某正整数； B ∈ R m × m 为m阶实矩阵， B T 表示 B 的转置矩阵； 实数集 R ≜ { s | s ∈ ( − ∞ ， ∞ ) } ； m维列向量的集合 R m ≜ { x | x = ( x 1 ， ⋯ ， x m ) T ， x j ∈ R } ； ∀ x = ( x 1 ， ⋯ ， x m ) T ∈ R m ，   y = ( y 1 ， ⋯ ， y m ) T ∈ R m ，   〈 x ， y 〉 ≜ ∑ k = 1 m x k y k ，   ‖ x ‖ 2 ≜ ∑ k = 1 m x k 2 ; 向量函数： x ( t ) ≜ ( x 1 ( t ) ， ⋯ ， x m ( t ) ) T ； x = ( x 1 ， ⋯ ， x m ) T > 0 ⇔ x l > 0 ， l ∈ { 1 ， ⋯ ， m } ； x = ( x 1 ， ⋯ ， x m ) T ≥ 0 ⇔ x l ≥ 0 ， l ∈ { 1 ， ⋯ ， m } ； − ∞ < x < x ( t ) ⇔ − ∞ < x j < x j ( t ) ， j = 1 ， ⋯ ， m ； x ( t ) < x < ∞ ⇔ x j ( t ) < x j < ∞ ， j = 1 ， ⋯ ， m ； E − ( t ) ≜ { x | − ∞ < x < x ( t ) } ， E + ( t ) ≜ { x | x ( t ) < x < ∞ } E ¯ − ( t ) ≜ { x | − ∞ < x ≤ x ( t ) } ， E ¯ + ( t ) ≜ { x | x ( t ) ≤ x < ∞ } Γ ≜ { ( x ， t ) | x = x ( t ) ， t ∈ ( 0 ， T ) } ； Ω ≜ { ( x ， t ) | x ∈ R m ， t ∈ ( 0 ， T ) } ； Ω − ≜ { ( x ， t ) | x ∈ Ε − ( t ) ， t ∈ ( 0 ， T ) } ， Ω + ≜ { ( x ， t ) | x ∈ Ε + ( t ) ， t ∈ ( 0 ， T ) } ； m维开区间： ( x ， y ) ≜ { s | s = ( s 1 ， ⋯ ， s m ) T ， x j < s j < y j ， j = 1 ， ⋯ ， m } ； m维闭区间： [ x ， y ] ≜ { s | s = ( s 1 ， ⋯ ， s m ) T ， x j ≤ s j ≤ y j ， j = 1 ， ⋯ ， m } ； 多元(m元)函数 φ ( x ) ≜ φ ( x 1 ， ⋯ ， x m ) ； φ : x ∈ R m → R 的连续映射，是定义域是 R m ，值域在 R 中的函数。函数的支集 supp φ ≜ { x | φ ( x ) ≠ 0 } ，支集的闭包 supp φ ¯ ≜ { x | φ ( x ) ≠ 0 } ¯ ； 记函数集合 Λ ( x ， y ) ≜ { φ | φ ∈ C ( R m ) ， ∀ s ∈ R m ， φ = φ ( s ) ≥ 0 ， 且 supp φ ¯ ⊂ ( x ， y ) ⊂ R m } ， x ∈ R m ， y ∈ R m 。