趙耀華：傳熱傳質(zhì)，傳創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化“心經(jīng)”

本刊記者 蕭 宇

趙耀華：傳熱傳質(zhì)，傳創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化“心經(jīng)”

本刊記者 蕭 宇

可能很少人知道傳熱傳質(zhì)學(xué)的確切定義。事實(shí)上，這是一門專門研究熱質(zhì)與能量傳遞過程及其規(guī)律的科學(xué)。隨著生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，傳熱傳質(zhì)學(xué)已經(jīng)成為一門理論體系初步完善、內(nèi)容不斷充實(shí)、充滿活力的主要的基礎(chǔ)科學(xué)。從日常生活的燒水取暖、計(jì)算機(jī)散熱到原子能的利用、航天器的熱控等等，幾乎所有領(lǐng)域都涉及到傳熱傳質(zhì)學(xué)，諸多重大的科技進(jìn)步都需要傳熱傳質(zhì)技術(shù)的支持。眾多的現(xiàn)實(shí)需求極大地推動(dòng)了傳熱傳質(zhì)學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步，與此同時(shí)，新能源技術(shù)、節(jié)能減排、先進(jìn)制造技術(shù)及新興科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展亦使傳熱傳質(zhì)學(xué)不斷面臨著全新的挑戰(zhàn)與難關(guān)。

在傳熱傳質(zhì)學(xué)領(lǐng)域奮戰(zhàn)多年，正值不惑之年的趙耀華教授在內(nèi)心里堅(jiān)定了一個(gè)信念——走技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化之路。作為北京工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程系主任，作為傳熱傳質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的知名專家，他時(shí)刻保持著冷靜的思考和奮進(jìn)的姿態(tài)。

科研攻堅(jiān)，創(chuàng)新是無堅(jiān)不摧的利劍

創(chuàng)新是科研的靈魂和關(guān)鍵。對(duì)于科研創(chuàng)新，趙耀華教授有自己的深刻見解：“搞科學(xué)研究，要具備扎實(shí)、寬廣的理論基礎(chǔ)，善于抓住某一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，大膽開展創(chuàng)新?！倍嗄陙?，趙耀華教授不僅在傳熱傳質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)領(lǐng)域卓有建樹，而且在技術(shù)創(chuàng)新上，尤其是在將基礎(chǔ)研究成果用于國(guó)家重大技術(shù)需求領(lǐng)域方面始終不遺余力。從計(jì)算機(jī)芯片、LED散熱到太陽能的高效利用等許多現(xiàn)代高科技領(lǐng)域，趙耀華教授的技術(shù)與身影隨處可見。

微電子器件的散熱問題研究是趙耀華教授最早切入的技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。從早期的射流沖擊主動(dòng)式散熱技術(shù)到中期的微槽群相變散熱技術(shù)，直到后期的微熱管陣列技術(shù)，這一技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三級(jí)跳，也跳出了實(shí)實(shí)在在的能真正產(chǎn)業(yè)化的新技術(shù)。射流沖擊主動(dòng)式散熱技術(shù)受到諸多條件的限制，大多數(shù)設(shè)備上難以使用；微槽群相變散熱技術(shù)中的回路熱管技術(shù)由于系統(tǒng)體積大、焊接部位過多、受蒸發(fā)與冷凝部位的方位限制等，系統(tǒng)可靠性很低，實(shí)驗(yàn)室可以很好的演示，但難以產(chǎn)業(yè)化使用。早在旅日期間，趙耀華教授就投入大量的心血和時(shí)間開發(fā)出諸多喜人成果，特別是微熱管陣列技術(shù)的成功，使他拿到了真正解決高熱流密度散熱與高效熱傳輸問題的金鑰匙。

我國(guó)的太陽能資源非常豐富，太陽能光熱產(chǎn)業(yè)擁有廣闊的發(fā)展前景。然而，縱觀國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的太陽能熱水器產(chǎn)品，趙耀華教授發(fā)現(xiàn)，僅有的真空玻璃管和傳統(tǒng)平板式兩種產(chǎn)品在可靠性、承壓、抗垢以及適用時(shí)空等方面上存在著多種多樣的固有缺陷。

針對(duì)這一難題，趙耀華教授大膽探索，將平板微熱管陣列技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用于“新一代高效平板式太陽能集熱技術(shù)及熱水器”，基本上克服了目前市場(chǎng)上所有真空管式與普通平板式太陽能熱水器的缺點(diǎn)。國(guó)家太陽能檢測(cè)中心檢測(cè)結(jié)果表明集熱效率的絕對(duì)值提高了20%以上，目前該技術(shù)與產(chǎn)品不僅在國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化，且已通過出口關(guān)鍵部件及技術(shù)許可的形式進(jìn)入日本、歐洲和南美等國(guó)際市場(chǎng)。

其實(shí)，平板微熱管陣列技術(shù)是微尺度傳熱傳質(zhì)、相變傳熱傳質(zhì)及微尺度內(nèi)高壓條件下復(fù)雜流動(dòng)等基礎(chǔ)理論及材料與加工及封裝工藝等相結(jié)合復(fù)雜綜合應(yīng)用技術(shù)，亦是國(guó)際上正在重點(diǎn)攻克的技術(shù)。當(dāng)然，由于此項(xiàng)技術(shù)在國(guó)際上處于獨(dú)一無二的獨(dú)占狀態(tài)，因而處于國(guó)際領(lǐng)先水平，擁有廣泛的市場(chǎng)需求和工業(yè)化前景，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，將對(duì)我國(guó)能源的高效利用和清潔能源開發(fā)、高性能計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)、信息技術(shù)等領(lǐng)域的進(jìn)步做出開拓性的貢獻(xiàn)。

太陽能光伏發(fā)電中的熱問題是嚴(yán)重影響廣泛產(chǎn)業(yè)的重要問題。將微熱管陣列用于太陽能光伏電池的高效散熱及熱電聯(lián)產(chǎn)，不僅可提高20%以上的發(fā)電效率，還可實(shí)現(xiàn)40%左右的熱利用效率，趙耀華教授的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)，而成本只增加6%左右，毫無疑問，這一技術(shù)必將推動(dòng)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

將微熱管陣列平板熱管用于大功率LED的散熱，可以解決目前鋁基板加翅片散熱方法無法克服的技術(shù)瓶頸，且可以極大減輕照明燈具的重量和降低成本（包括封裝成本及散熱器成本）。目前，該技術(shù)產(chǎn)品已批量出口日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。

微電子器件散熱的終極技術(shù)也將會(huì)是二維或三維微熱管陣列技術(shù)。這也是趙耀華教授的專利和正在產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品。

可以說，從用于日常生活的取暖設(shè)備、換熱器等，到航天器的熱控問題，趙耀華教授的技術(shù)都有極大的應(yīng)用前景。

由于卓越的技術(shù)創(chuàng)新成果，和趙耀華教授共過事的人包括國(guó)際知名專家學(xué)者，幾乎無一例外的都評(píng)價(jià)他思維極為敏捷。而趙耀華本人則不這樣認(rèn)為，他說，自己只是在專注的問題上能長(zhǎng)時(shí)間、多方位、深入的思考。眾多的發(fā)明創(chuàng)造均得益于他雄厚的理論研究基礎(chǔ)、寬廣的知識(shí)面和敏銳的捕捉問題的能力。

沸騰傳熱的機(jī)理研究是趙耀華教授早年的一項(xiàng)重要理論成果。當(dāng)時(shí)，沸騰傳熱，尤其是臨界熱負(fù)荷是一個(gè)極為復(fù)雜、又有廣泛應(yīng)用價(jià)值的問題。雖已有大量的研究，但傳熱機(jī)理眾說紛紜，有的相互矛盾。針對(duì)這一問題，他首先從最新的可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，否定了著名的流體動(dòng)力學(xué)不安定理論及厚液層蒸干理論，并從理論和數(shù)值計(jì)算上證明了三相接觸線蒸發(fā)或穩(wěn)定彎月液面的蒸發(fā)熱流密度只能達(dá)到臨界熱負(fù)荷5%至30%，因而證明出上述兩理論模型不可能解釋沸騰傳熱面上的具體傳熱機(jī)理。此后，他又提出了一個(gè)動(dòng)態(tài)微液層蒸發(fā)模型。利用該模型，不僅能很好地予測(cè)出臨界熱負(fù)荷，而且能很好地予測(cè)出從充分發(fā)展的核沸騰到包括最小熱負(fù)荷在內(nèi)的沸騰曲線，還解決了一系列前人還沒有解決的問題。比如：液體接觸角及微重力對(duì)傳熱的影響；高速加熱過程所出現(xiàn)的由非沸騰狀態(tài)到膜沸騰的直接遷移；過冷沸騰臨界熱負(fù)荷；窄空間沸騰臨界熱負(fù)荷……可以說，動(dòng)態(tài)微液層蒸發(fā)模型是各種沸騰傳熱現(xiàn)象的一個(gè)統(tǒng)一理論，對(duì)沸騰傳熱學(xué)產(chǎn)生了深刻的影響。

再接再厲，勇創(chuàng)佳績(jī)，是趙耀華教授多年實(shí)踐的真實(shí)寫照。在射流沖擊強(qiáng)化傳熱研究、微通道內(nèi)流動(dòng)和傳熱特性的研究、超常傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域、MEMS技術(shù)領(lǐng)域，溫濕控技術(shù)領(lǐng)域，新能源與節(jié)能技術(shù)的開發(fā)研究方面均取得了突破性進(jìn)展。

趙耀華教授在光威能源科技公司的太陽能產(chǎn)品展示中心與西班牙客戶合影

產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益才是硬道理

產(chǎn)業(yè)化的碩果就是科技工作者信心的來源。自2009年開始南京光威能源科技公司將趙耀華擁有的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的部分技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，已經(jīng)取得了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，目前正在朝大規(guī)?；?guó)際化發(fā)展。有了經(jīng)濟(jì)效益的保證，趙耀華教授的產(chǎn)業(yè)化之路已經(jīng)越走越寬。

談及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，趙耀華教授特別強(qiáng)調(diào)了知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的重要意義。他指出，知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)關(guān)系著科技創(chuàng)新的發(fā)展，關(guān)系著產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。現(xiàn)階段，我國(guó)在知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面的意識(shí)和措施還有所欠缺，這一現(xiàn)狀嚴(yán)重阻礙了產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型，不利于公平競(jìng)爭(zhēng)，不利于創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)?！耙郧?，我是做基礎(chǔ)研究的，產(chǎn)業(yè)化工作做得比較少?，F(xiàn)在，我體會(huì)到，科技工作者必須要有產(chǎn)業(yè)化意識(shí)，致力于推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。”趙耀華的思想轉(zhuǎn)變發(fā)生在不斷探索和前進(jìn)的過程之中。他還表示，知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，就是對(duì)知識(shí)的尊重，不是一個(gè)人的事兒，也不是一天兩天就能解決的問題，需要全社會(huì)的共同參與，需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。他建議，國(guó)家有關(guān)部門能夠出臺(tái)科技成果的正規(guī)測(cè)評(píng)手段和方法，把那些真正對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有利的技術(shù)清點(diǎn)出來，不能盲目地聽某些人的“忽悠”。條件允許的話，應(yīng)該通過行政手段大力推廣那些經(jīng)過驗(yàn)證認(rèn)為可行的技術(shù)成果。“在現(xiàn)實(shí)中，我們見過太多個(gè)人、企業(yè)因?yàn)闊o法負(fù)擔(dān)人力、財(cái)力、物力，而導(dǎo)致新技術(shù)和成果被迫擱置的情形。這項(xiàng)工作做好了，我們產(chǎn)業(yè)化之路就光明了?！弊鳛橐晃豢萍脊ぷ髡撸w耀華教授善于發(fā)現(xiàn)問題，并坦誠(chéng)地提出了自己的建議。

在實(shí)踐中，趙耀華教授已經(jīng)取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。由他主導(dǎo)的南京光威能源科技公司目前的主要研究項(xiàng)目為太陽能熱水工程以及太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。其中，前者技術(shù)已經(jīng)很完備,擁有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微熱管專利太陽能集熱板。而熱電聯(lián)產(chǎn)是新項(xiàng)目，其目標(biāo)是研究開發(fā)高效太陽能光伏電池板散熱系統(tǒng)及其高效熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，利用具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)—微熱管陣列超導(dǎo)熱平板對(duì)電池背板進(jìn)行冷卻，將通常光伏電池的年平均光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)提高15%-30%左右，還可防止電池板過熱，延長(zhǎng)電池板的使用壽命，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)40%左右的電池板廢熱利用，供應(yīng)40-43℃左右的熱水，可直接用于地板輻射采暖、空調(diào)供暖以及生活熱水供給。如果將發(fā)電效率的提高及熱水利用的經(jīng)濟(jì)效果合并計(jì)算，相當(dāng)于使太陽能光伏發(fā)電的綜合成本降低近一半，將會(huì)極大促進(jìn)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的普及?？梢哉f，該技術(shù)既是使我國(guó)硅晶太陽能光伏發(fā)電技術(shù)升級(jí)的重要技術(shù)，同時(shí)又是使新型薄膜非晶電池對(duì)太陽能最有效利用的世界先進(jìn)技術(shù)，具有難以取代的作用，有著不可估量的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

產(chǎn)業(yè)化要想真正取得長(zhǎng)足發(fā)展，需要企業(yè)、科研工作者的雙重努力，趙耀華越來越清醒地認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)?！捌髽I(yè)搞產(chǎn)業(yè)化是滿腔熱情的，但是人家拿了資金出來，地方也安排出來了，技術(shù)拿到手后卻經(jīng)營(yíng)不起來，對(duì)他們是重大的打擊啊?！壁w耀華語重心長(zhǎng)。“所以，我們作為科研工作者就要改變意識(shí)，不能想當(dāng)然地做事情，光考慮自我價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，不考慮企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，要想企業(yè)之所想，拿出響當(dāng)當(dāng)?shù)臇|西來?！?/p>

目前，趙耀華教授的多種專利技術(shù)與產(chǎn)品已通過技術(shù)許可或直接銷售的方式走入了國(guó)際市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家的許可使用和生產(chǎn)，為解決我國(guó)乃至國(guó)際上的一些重大的應(yīng)用技術(shù)，如新能源與節(jié)能、先進(jìn)制造領(lǐng)域的技術(shù)問題等提供了新途徑，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以前，中國(guó)往往需要花費(fèi)大量資金購買國(guó)外的技術(shù)許可，現(xiàn)在反過來將技術(shù)許可給國(guó)外，這就是中國(guó)科學(xué)家的價(jià)值所在，就是一個(gè)中國(guó)科學(xué)家引以為傲的自豪。

在豐碩的成果面前，趙耀華教授不斷地感謝北京工業(yè)大學(xué)為他提供了寬松的科研環(huán)境和良好的發(fā)展平臺(tái)?！霸谶@里，你不用為了生存去奔波，只要有好的想法，能研究和開發(fā)出東西來，就能夠得到相應(yīng)的支持和鼓勵(lì)?！庇辛巳绱藞?jiān)強(qiáng)的后盾，趙耀華做起事情來，底氣特別足。正因如此，他珍視自己作為北京工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程系主任，節(jié)能減排研究所所長(zhǎng)的使命，把人才的培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)的建設(shè)擺在了工作的重要位置上。

只要不出差，他基本是天天泡實(shí)驗(yàn)室，連休假都沒時(shí)間?！皠?wù)虛的會(huì)議我很少參加，務(wù)實(shí)的會(huì)議我參加完立即返回。這一攤子事兒，心里放不下啊！”為了幫助年輕人盡快成長(zhǎng)，他不斷地鼓勵(lì)他們開拓新的研究方向，為他們提供研究經(jīng)費(fèi)，勸勉他們切忌浮躁。經(jīng)過幾年的建設(shè)和管理，目前團(tuán)隊(duì)擁有中高級(jí)職稱核心成員7人，立足三個(gè)研究方向：高效傳熱傳質(zhì)、可再生能源及節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，城市地下空間火災(zāi)安全領(lǐng)域和智能化樓宇控制領(lǐng)域。

現(xiàn)在，趙耀華教授幾乎每天都要接待二、三撥客人，其中包括國(guó)內(nèi)企業(yè)、投資商或國(guó)外客戶，大部分人都是慕名求教的。盡管工作繁忙，趙耀華教授從來都是認(rèn)真、客觀、科學(xué)地幫助企業(yè)解決難題，并且從不要報(bào)酬。對(duì)他來講，追求經(jīng)濟(jì)效益不是目的，科學(xué)家的價(jià)值在于如何為社會(huì)做貢獻(xiàn)。

除了科研攻關(guān)和團(tuán)隊(duì)管理，趙耀華教授還在積極沉淀自己的技術(shù)成果。他要把自己多年在傳質(zhì)傳熱技術(shù)領(lǐng)域的成果結(jié)集出版，為這些技術(shù)的傳播和推廣多做一些工作?！耙院?，爭(zhēng)取每年取得5到10個(gè)專利吧。”趙耀華教授還是那么輕描淡寫，還是那么謙遜，并一再地向記者解釋：“這是自己的一個(gè)目標(biāo)，有可能多了，有可能還達(dá)不到?！彼旖悄球\(chéng)的笑容，讓人心生溫暖與敬佩。

“天下興亡匹夫有責(zé)?！弊鳛檗r(nóng)工黨中央教育工作委員會(huì)會(huì)員，趙耀華并沒有沉浸在個(gè)人的小圈子里，他的視野定格在全球，定格在全國(guó)。只要有機(jī)會(huì)，他總是積極地為國(guó)家的發(fā)展建言獻(xiàn)策。

潮平兩岸闊，風(fēng)正一帆懸。趙耀華和眾多科技工作者一起，把自己的全部時(shí)間和精力都交給了工作，用以換取科技事業(yè)發(fā)展的光明未來！

專家檔案：趙耀華，現(xiàn)任北京工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程系主任，北京工業(yè)大學(xué)節(jié)能減排研究所所長(zhǎng)，曾任日本九州大學(xué)助教，東京大學(xué)特別研究員及九州工業(yè)大學(xué)副教授。2000年12月，入選中科院工程熱物理研究所“百人計(jì)劃”，任研究員及傳熱傳質(zhì)研究部部長(zhǎng)。多年來，先后發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，專利50項(xiàng)，培養(yǎng)碩士40余名，博士10余名。