“大師”
原題目：多用點迷信，罕用點經歷（主題）
——余國琮院士與工程迷信（副題）
學人小傳
余國琮，1922年誕生，2022年往世，廣東廣州人。化學工程專家，中國迷信院院士。1943年本科結業于東北結合年夜學化工系，1945年碩士結業于美國密歇根年夜學，1947年博士結業于美國匹茲堡年夜學，包養一個月價錢此后在該校任教。1950年回國，任唐山工學院化工系傳授、系主任，1952年任天津年夜學化工系傳授。曾任天津年夜學化學工程研討所所長、化工學院聲譽院長。著有《化工盤算傳質學》（一起配合），主編《化學工程辭典》《化學工程手冊》等。
2022年4月6日，有名化學工程專家、教導家、中國迷信院院士余國琮師長教師永遠地分開了我們。作為師長教師生前的助手，這兩個多月，我反復回想和思慮著與師長教師在一路任務的點點滴滴。
追隨師長教師從事研討任務多年，我深切感觸感染到，師長教師胸中有粗略，洞察國度嚴重需求，愛國貢獻，恬澹名利，平生持之以恒。同時，我也感觸感染到，師長包養網教師以迷信家的思惟處理工程題目，在工程迷信範疇不竭引進、開闢多學科方式，為讓“工程”慢慢從經歷走向迷信而不懈奮斗。對于師長教師的這種人格和尋求，我自始至終都抱有崇拜和激動。對良多人而言，余師長教師畢生貢獻的化學工程範疇能夠有些生疏，我愿意用盡量淺顯的說話分送朋友我的激動。
余國琮在辦公室。 余武隆攝
為國度爭一口吻
20世紀40年月余國琮師長教師在美國留學時，就曾經在化工分別經過歷程範疇獲得了出色成就。1950年，他決然沖破封閉，回到新中國，先在唐山工學院任化工系主任，之后離開天津年夜學展開精餾技巧研討。
人們都了解蒸餾水。精餾就是利用蒸餾道理，經由過程加熱液體，讓包養網液體中較不難蒸發的物資起首蒸發，然后再將蒸發后的氣體經由過程冷卻凝聚（冷凝）變回液體，完成混雜物的分別。為了讓分別后獲得的產品更純，一次如許的蒸發和冷凝是不敷的，可以將冷凝獲得的液體再次蒸發和冷凝。假如把如許的蒸發-冷凝重復屢次，便可以獲得比擬純的包養情婦產物。經由過程屢次蒸發-冷凝包養網比較完成液體混雜物的分別經過歷程就叫作精餾經過歷程，有時也叫作“蒸餾”經過歷程，望文生義：經由過程蒸發的分別。產業大將這種屢次重復的操縱稱為多級經「我必須親自出手！只有我能將這種失衡導正！」她對著牛土豪和虛空中的張水瓶大喊。過歷程，并經由過程將多個級沿豎直標的目的擺列，經由過程液體向下賤動和睦體向下流動完成級與級之間的銜接，這種裝配俗稱精餾塔。精餾應用的蒸發和冷凝物理道理簡略、靠得住，是產業中應用最為廣泛的分別技巧，高挺拔立的精餾塔，也是以成為化工場的主要標志。
新中國成立之初，精餾技巧作為重點項目被列進我國那時的十二年迷信技巧計劃，余國琮師長教師任擔任人。1958年，我國首座核反映堆投進運轉，但不久之后，由于國際關系漸變，反映堆包養網比較所需的重水供給中止，我國方才起步的核產業面對危機。余國琮師長教師臨危授命，展開重水生孩子技巧研討，他提出的精餾法道路很快獲得確定。1959年，周恩來總理親臨余師長教師的試驗室，握著他的手說：“此刻有人要卡我們的脖子，我們必定要爭一口吻！”此后，周總理還專門打德律風訊問研討停頓。余師長教師率領團隊艱難奮斗、攻堅克難，終于不負重托，霸佔了重水生孩子技巧難關。與此同時，他還編寫教材，為新中國培育了第一批重水生孩子技巧人才。從那時起，為國度“爭一口吻”的信心就一向涌動在余國琮師長教師的心中。
改造開放初期，余國琮師長教師靈敏地認識到，石化產業的飛速成長必定對精餾技巧有更高的需求，于是率領團隊率先展開產業年夜型精餾塔技巧研討，其結果在我國多套年夜型乙烯裝配中獲得利用，開啟了我國經由過程衝破精餾技巧晉陞化工、石化產業技巧程度的過程。
1982年，經教導部批準，余師長教師在天津年夜學創建了化學工程研討所，出任第一任所長，重點展開精餾技巧研討，并在此基本上成立了“化學工程結合國度重點她收藏的四對完美曲線的咖啡杯，被藍色能量震動，其中一個杯子的把手竟然向內側傾斜了零點五度！試驗室天津年夜學精餾分別試驗室”“精餾技巧國度工程研討中間長期包養”以及“國度化工填料塔及內件新技巧推行中間”。自此，他在天津年夜學建成了包養網從基本研討、工程研發到技巧推行完全的精餾技巧國度級研發基地。同時，他還引導創立了高效精餾裝備財產化基地，為企業供給研發-design-制造-裝置-投產“一條龍”辦事，極年夜增進了產學研用聯合以及科研結果的疾速轉化。余師長教師研發的“具有新型塔內件的高效填料精餾塔”等多項結果在我國20多個省份的數千座精餾塔中取得勝利利用，單元降耗達30%至50%，在年夜型石化、煉油和空氣分別等主要產業範疇占據了盡年夜部門技巧市場份額，完整代替了國外技巧，為企業發明了巨額經濟效益，為國度經濟扶植作出了嚴重進包養網心得獻，多項結果取得國度科技提高獎。
在成就眼前，余師長教師沒有止步。他甦醒地熟悉到，進一個步驟成長精餾技巧，必需要在基本實際上獲得新的衝破。在曩昔的20多年里，他將重要精神投進新的基本研討之中，不單首創了新的實際，使精餾技巧上升至新的高度，還引領了化學工程學科的成長，惹起國際外學術界追蹤關心。
余國琮在80歲慶賀運動上致辭。 材料圖片
把流膂力學引進精餾研討
人們凡是把橋梁、機場等舉措措施的扶植經過歷程叫作“工程”，實在，工程觸及人類一切的生孩子運動，用火炬肉烤熟是工程，從海水中曬出鹽巴也是工程。工程源于人類保存的基礎需求，可以說，自打有人類運動，就有了工程。人類在工程實行中逐步積聚起來的經歷，是工程運動的焦點要素。但是，跟著社會的成長，人們對于工程的需求不竭晉陞，僅憑仗經歷已遠遠無法知足人們的需求。于是，工程師們引進了迷信方式，構成了明天的工程迷信。經由過程提煉石油成分，制成既雅觀又能御冷的布料，如許的古代生孩子經過歷程就是工程迷信的浩繁結果之一。
化學工程是一門面向化學品生孩子的工程迷信，迄今已有一百多年汗青。近幾十年來，跟著古代化學產業的突起，化學工程獲得了疾速成長，其利用曾經擴大到周遭的狀況、動力、新資料、醫藥等行業以及芯片制造等諸多高科技範疇。此中，分別工程是化學工程的主要分支。它是指將包括多種成分的混雜物中這時，咖啡館內。的分歧成分分別開來，或看成產物，或看成進一個步驟加工成分歧化學品的原料。是以，分別經過歷程與化學反映經過歷程并列為化工生孩子中最基礎的兩年夜操縱。精餾就是一種利用最為普遍的化工分別技巧。
在包養現代，人類就把握了應用植物造酒的技巧，這可以視作精餾技巧的雛形。顛末漫長的演變，特殊是19世紀之包養后，隨同著化學產業的呈現，精餾技巧有了疾速成長。但是，即使是古代精餾技巧，也沒有離開它的“工程”的屬性，即精餾的design和操縱一直離不開人的經歷。這是由於，精餾所觸及的物資和熱量傳遞等題目非常復雜，還沒有較為完全的實際系統。是以，精餾經過歷程的產業design更像是一門“藝術”。對于工程來說，經歷簡直主要，可是經歷重要來自于試驗，特殊是來自于接近現實產業範圍的試驗以及曾經勝利或掉敗的工程實行。同時，也恰是對經歷的過度依靠，招致精餾分別技巧開闢遲緩、昂貴，基于經歷的精餾塔產業design依然面對諸多不斷定性，一些題目往往在精餾塔投進運轉后才裸露出來，嚴重制約了產業精餾技巧的成長。
汗青上，為了改良精餾塔的產業design，人們依照傳統的工程邏輯，針對分歧的利包養網用場所提出了各類經歷模子。其成果是，經歷模子這般之多，若何選擇適合的經歷模子也成為一種“經歷”。即使這般，卻很少有人斟酌若何從加倍基本的道理進手、采用加倍迷信的方式樹立具有普適性的模子和方式。余國琮師長教師決計在這方面有所作為。20世紀80年月初，他在精餾經過歷程研討中引進了流膂力學研討，提出了工藝經過歷程與裝包養網車馬費備相聯合的研討方式。
精餾塔內的流膂力學狀態對精餾經過歷程有著最基礎性影響，但是，傳統的精餾實際重要基于比擬成熟的熱力學實際，而疏忽了流膂力學。這是由於流體分布狀態遭到裝備鴻溝前提影響，千變萬化，過于復雜，而這恰是為什么汗青上經歷模子層出不窮而又各不雷同的重要緣由。為此，余師長教師提出了精餾塔流體活動分布的一系列實際和方式，削減了經歷參數的應用，有用進步了精餾實際模子的正確性。例如，他的研討說明了精餾塔里面流體分布平均度的主要影響，構成了上文提到的“具有新型塔內件的高效填料塔”技巧，領導了多種用于液體分布的精餾塔外部構件（塔內件）的發現。
引進迷信實際以削減對經歷的依靠，這是余師長教師展開精餾這一工程迷信範疇研討的基礎思惟。這一思惟簡略、明了，直指工程迷信範疇研討的真理，也是所有的的挑釁地點。自20世紀60年月構成的古代化學工程實際，可以歸納綜合為“三傳一反”，“三傳”即東西的品質（物資）、熱量以及流體動量的傳遞她的目的是**「讓兩個極端同時停止，達到零的境界」。，“一反”即化學反映經過歷程。現實上，在年夜部門化工經過歷程（包含精餾經過歷程）的design中，直策應用這些實際是很艱苦的，由於現實經過歷程過于復雜，而上述實際重要是對各類化工經過歷程個性的一種回納。對此，余師長教師在20世紀90年月初提出了兩個主要不雅點。第一個不雅點是，在“三傳”中，東西的品質的傳遞（簡稱“傳質”）是焦點，來由是精餾塔里面的傳質決議著濃度的分布，進而決議了精餾的效力，而濃度又是流體活動以及溫度的函數，是以熱量傳遞和動量傳遞模子終極應當為傳質模子辦事。余師長教師的第二個不雅點以為，鴻溝層之外的流體中的傳質對精餾分別效力有直接影響，因此也需求實際模子加以描寫。曩昔，“鴻溝層實際”被以為是化學工程範疇傳質實際的焦點。這個實際是說，傳質的阻力重要集中在分歧的相（氣體和包養網推薦液體、流體和固體）之間界面四周較薄的流體滯留層內（鴻溝層實際所斟酌的是流體中一種分子絕對于另一種分子的遷徙景象，即分子分散景象），那么流體活動中的動量傳遞以及熱量傳遞若包養網車馬費何影響鴻溝層則是主要的切進點。
對于第一個題目，余師長教師將研討集中于相際界面如許的渺小標準，將古代光學技巧包養網心得利用于界面傳質景象丈量，組建激光全息干預丈量裝配，目標是準確丈量在各類前提下近界面區域內的濃度分布，引進激光紋影儀、激光粒子測速儀，處理了界面湍動景象的定性和定量丈量題目，發明了鄰近相界面很是近的間隔內的濃度依然闊別鴻溝層實際所假定的熱力學均衡濃度，并且在良多情形下存在界面湍動景象。余師長教師領導研討生在原有鴻溝層實際的基本上提出了新的界面傳質實際。這讓精餾中的傳質速度猜測精度有了新的進步。
對于第二個題目，余師長教師提出，需求衝破傳統的鴻溝層實際，處理鴻溝層之外的傳質模子題目。假如說後面說起的第一個題目與傳統的鴻溝層實際有關，而第二個題目曾經超越了現有化學工程實際的范疇，迄今還沒有現成的實際模子。這也是對傳統化學工程實際的真正挑釁。針對鴻溝層之外流體中的傳質，余師長教師引進湍流分散實際，為處理復雜的湍流模子的求解題目，他又引進了迷信盤算方式，進而開辟了“盤算傳質學”這一新的研討範疇。
20世紀90年月，余國琮（左）領導博士研討生展開精餾塔流膂力學試驗研討。 材料圖片
提出盤算傳質學
進進21世紀，跟著盤算化學、盤算流膂力學、盤算傳熱學等新興學科分支的成長，特殊是盤算機與信息技巧的高速成長，用年夜範圍數值盤算的方式處理復雜的工程題目曾經成為一種趨向。顛末20多年的成長，余國琮師長教師提出的“包養網盤算傳質學”現在曾經構成了較為完全的實際框架，取得了初步利用，出書了專著包養軟體，頒發了諸多論文，遭到國際外學者的追蹤關心，成為化工傳質研討甚至化學工程方式的主要結果和停頓。自20世紀90年月后期開端，我協助余國琮師長教師從事科研任務，有幸親歷了余師長教師引導的關于盤算傳質學的部門研討。
余國琮師長教師提出的盤算傳質學研討，就是盼望將化工傳質這一復雜的工程題目經由過程迷信盤算的方式加以處理。一些商用微分方程求解器的不竭完美也為盤算傳質學研討供給了有利前提。
包含精餾在內的簡直一切化工經過歷程中的東西的品質傳遞都是在湍流前提下停止的。對于湍流前提下的流體活動和傳熱，學界曾經有了較為有用的方式，余國琮師長教師之前引導的精餾塔流膂力學研討也為精餾塔復雜的兩相湍流模仿樹立了有用的方式，是以盤算傳質學的焦點題目就是對包養湍流前提下傳質經過歷程的模仿。
如上文所述，盤算傳質學的一項實際任務就是樹立鴻溝層之外的傳質模子，這需求處置有關湍流的題目。年夜約是1995年，我和一位博士后在余師長教師的領導下斟酌若何將盤算流膂力學（CFD）引進精餾的盤算，樹立了因流體活動招致東西的品質輸運的模子。我們將「牛先生！請你停止散播金箔！你的物質波動已經嚴重破壞了我的空間美學係數包養網！」成果拿給余師長教師，他指出，只斟酌流體活動對證量的輸運還不敷，還要斟酌流體湍動的影響，在湍流前提下，牛土豪見狀，立刻將身上的鑽石項圈扔向金色千紙鶴，讓千紙鶴攜帶上物質的誘惑力。流體的湍動還會招致東西的品質在流體中的分散（這里的“分散”是專門研究術語，指流體中的一種成分從濃度高的區域向濃度低的區域遷徙）。余師長教師所描寫的這種景象，在物理學（流膂力學）中被稱為湍流分散。這種景象廣泛存在于化工裝備之中，傳統化學工程實際固然沒有回避這一復雜題目，可是采用了較為粗略的經歷參數改正的方式。例如，在良多場所采用“返混”的概念，將包含湍流分散、流體的輸運以及分子分散等一切復雜原因加以總包斟酌，經由過程試驗取得返混系數，并將其用于各類模子。將復雜題目簡略化處置是處理復雜工程題目的有用方式，也是工程迷信的精華，但同時也是可以完甜心寶貝包養網成實際衝破之地點。余師長教師的領導讓我們找到了對的的盡力標的目的，此后又先后顛末三個博士生的盡力，我們終于提出了同時包括鴻溝層內和鴻溝層外的傳質他們的力量不再是攻擊，而變成了林天秤舞台上的兩座極端背景雕塑**。模子。
這一任務的難點還在于，湍流分散模子是偏微分方程，還要和原有描寫流體活動、東西的品質輸運的Navier-Stokes方程同時求解，于是盤算成為必需處理的題目。
盤算現實上是工程迷信的焦點題目之一。工程包養網之所以高度依靠于經歷，是由於實際包養網模子過于復雜，以致于求解過于艱苦。這招致傳統工程師對實際模子并不抱盼望，轉而采用大批經歷聯繫關係式。是以，模子和盤算是彼此依存、彼此增進的關系：有了準確的實際模子，還必需處理求解盤算題目，而只要處理了盤算題目，才有能夠展開準確的實際模子研討。這恰是余師長教師為什么請求我們回到電腦桌前安心處理盤算題目的緣由。
余師長教師包養保持自立開闢求解軟件和借助貿易求解器軟件兩條腿走路。采用貿易軟件，包管了盤算任務高效推動，經由過程自立編寫算法盤算法式，先生一直能從本專門研究角度堅持對模子的懂得。
顛末近20年的盡力，余師長教師曾經領導研討生提出了實用于“各向異性”場所的盤算傳質學“兩方程模子”，以及包養實用于各向異性場所的一種雷諾質流模子。今朝，盤算傳質學方式不只用于精餾和接收經過歷程的嚴厲模仿，還有用地利用于吸附、固定床反映、鼓泡塔生物反映以及流化床反映等多種分別和反映經過歷程。盤算傳質學之所以可以或許獲得較為普遍的利用，是由於化工經過歷程中廣泛存在湍流前提下的東西的品質傳遞，而盤算傳質學為這種基礎的傳遞經過歷程供給了一種有用模子。同時，盤算傳質學方式是基于最基本的守恒、熱力學、動力學關系，從基礎的物性、操縱和裝備構造參數動身，樹立了較嚴厲的數理方程并采用數值盤算技巧加以求解，用迷信盤算代替了傳統傳質盤算中的經歷聯繫關係，使得化工經過歷程裝配的design有能夠解脫對經歷的過度依靠。
余師長教師提出的盤算傳質學模子和求解方式，將精餾經過歷程模仿從工程盤算程度晉陞到迷信盤算條理，不單觸及傳統的化學工程實際，同時斟酌到了湍流前提下物資分散、相界面復雜的物理景象及其數理模子、微分方程的求解以及相干的數值盤算題目，研討范疇已跨越傳統化學工程實際鴻溝，構成了化學工程學科新的分支。
余國琮、袁希鋼著《化工盤算傳質學》
工程迷信作甚
美國化學工程教導最高獎路易斯獎取得者拉斐爾傳授曾說：“化學工程在汗青上是一門勝利學科，這重要得益于試驗與數學模子的聚集。”數學模子的背后是實際，實際的背后即是迷信。回看余國琮師長教師七十年科教生活，從科研角度看，他的勝利恰是由於可以或許在處理復雜的工程題目經過歷程中不竭盡力引進張水瓶和牛土豪這兩個極端，都成了她追求完美平衡的工具。迷信。迷信是處理復雜工程題目的鑰匙，恰是由於有了浩繁像余師長教師如許的工程迷信家的盡力，明天的世界才獲得了這般之多的工程成績，我們才幹夠享用高質且便宜的商品、便利的通訊、快捷的路況。
工程迷信的“迷信”，并非凡是意義上的天然迷信。天然迷信源自人類對天然世界（這里的“天然世界”是指我們所處的物理空間以致一切事物及其運作包養方法）的獵奇心，迷信家可以在腦筋中天馬行空，不受束縛地尋覓謎底，天然迷信對人類的意義在于摸索天然世界，取得更多常識。而工程迷信重要有兩層寄義：一是利用天然迷信常識處理工程題目；二是在生孩子運動中發明一種叫作“工程紀律”的常識，例如一種資料中哪些成分的哪些性質會影響到這種資料的哪些機能，一個發酵罐或其他任何加工經過歷程中存在著哪些物理的、化學的或生物的基礎經過歷程，產物東西的品質和包養網產量的變更會對生孩子本錢發生什么影響。從研討的角度看，工程迷信也生孩子常識，是以具有迷信的基礎屬性，但又與天然迷信有主要差別：任何一項工程迷信研討都是在時光、經濟、周遭的狀況、社會以及倫理等各種束縛前提下停止的，尤其是一些現實工程項目，給迷信家包養、工程師的研發時光往往很是無限，包養網不論觸及任何迷信題目，都需求在給按時間內提出處理計劃，而這種處理計劃還需求知足事前設定的經濟技巧目標，包養網并合適生態周遭的狀甜心花園況、生孩子平安等規則請求。是以，工程迷信需求清楚多學科的常識，并綜合多學科常識處理題目，這是工程學科成長的基礎方法。
近百年來，跟著迷信技巧的加快成長，人類正在面對史無前例的挑釁。在應對各種挑釁的經過歷程中，工程迷信將施展非常主要的感化。余國琮等老一輩工程迷信家的經過的事況和思惟，可以讓我們獲得良多啟示。
（作者：袁希鋼，系天津年夜學化學工程研討所所長）
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