小顆粒成就大事業(yè)

艾菁?劉偉

郭慕孫

1920年生于湖北漢陽(yáng)，祖籍廣東潮州，2012年病逝于北京。1943年畢業(yè)于上海滬江大學(xué)化學(xué)系，1946年在美國(guó)普林斯頓大學(xué)化工系獲碩士學(xué)位，1956年回國(guó)協(xié)助葉渚沛所長(zhǎng)籌建化工冶金研究所，創(chuàng)建了中國(guó)第一個(gè)流態(tài)化研究室，1978年起先后任化工冶金所負(fù)責(zé)人、代所長(zhǎng)、所長(zhǎng)，1986年起任名譽(yù)所長(zhǎng)； 1989年獲“國(guó)際流態(tài)化成就獎(jiǎng)”，1994年獲“何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)”，1997年當(dāng)選瑞士工程科學(xué)院外籍院士，2008年入選美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)“化學(xué)工程百年開(kāi)創(chuàng)時(shí)代”50位杰出化工科學(xué)家，成為唯一獲此殊榮的亞洲學(xué)者。

我國(guó)流態(tài)化學(xué)科的奠基人、顆粒學(xué)的開(kāi)拓者、國(guó)際化工界享有崇高聲譽(yù)的化工學(xué)家郭慕孫先生離開(kāi)我們已經(jīng)一年多了，然而他的音容笑貌猶在眼前——仿佛先生仍在認(rèn)真地審定學(xué)科規(guī)劃，修改學(xué)生論文；仿佛我們?nèi)栽诎V迷地聆聽(tīng)先生講解他一生所執(zhí)著追求的流態(tài)化科研工作的歷歷往事，以及對(duì)國(guó)家科技、教育、能源領(lǐng)域的建議和對(duì)未來(lái)的美好愿景。

“在郭先生的學(xué)術(shù)詞典中，是沒(méi)有跟蹤這一詞匯的，他強(qiáng)調(diào)的是‘獨(dú)到和‘特色，先生為實(shí)驗(yàn)室的題詞‘注重積累、追求卓越、瞄準(zhǔn)前沿、服務(wù)需求體現(xiàn)了他一貫的學(xué)術(shù)思想。”

“破天荒”提出新概念

郭慕孫1920年生于湖北漢陽(yáng)，父親郭承恩曾留學(xué)英國(guó)，回國(guó)后受聘滬杭甬鐵路工程師，母親周石南是小學(xué)教師。在父母的培養(yǎng)教育下，自幼好奇心很強(qiáng)的郭慕孫喜歡做造型各異的風(fēng)箏，還常到弄堂口的小作坊向工人師傅學(xué)習(xí)車床技術(shù)。1937年，父親與朋友在上海合作開(kāi)辦了中國(guó)第一家工業(yè)煉氣公司，打破了法國(guó)企業(yè)在華氣體工業(yè)的壟斷地位，上海的報(bào)紙進(jìn)行了報(bào)道，認(rèn)為這是一件非常了不起的事。當(dāng)時(shí)正在圣約翰大學(xué)附屬中學(xué)讀書的郭慕孫對(duì)父親的壯舉深感自豪，從小就立志做像父親一樣的“工程師”。1939年他考入上海滬江大學(xué)（現(xiàn)上海理工大學(xué)）化學(xué)系。在學(xué)期間，他的各科成績(jī)始終名列前茅，同時(shí)擔(dān)任校刊《上海觀察者》的編輯。

1943年大學(xué)畢業(yè)后，郭慕孫在上海漢堡化工廠和生化藥廠工作了一段時(shí)間，便只身前往重慶等待留學(xué)機(jī)會(huì)。1945年，他憑借自己優(yōu)異的學(xué)習(xí)成績(jī)和突出的英文水平，如愿以償獲得了美國(guó)普林斯頓大學(xué)化工系的獎(jiǎng)學(xué)金。

郭慕孫的導(dǎo)師威爾漢姆教授很欣賞這名中國(guó)學(xué)生勤奮嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)精神。導(dǎo)師告訴他，跟顆粒有關(guān)的流動(dòng)問(wèn)題只有兩類工作，一是顆粒在液體中的沉降，二是通過(guò)松散顆粒介質(zhì)的流體流動(dòng)。如何把二者結(jié)合，尋找規(guī)律就是需要研究的問(wèn)題。那時(shí)，他除了吃飯、睡覺(jué)，基本上都在實(shí)驗(yàn)室工作。當(dāng)時(shí)沒(méi)有測(cè)流量的現(xiàn)成裝置，他就用一些管子反復(fù)計(jì)算設(shè)計(jì)制作，與導(dǎo)師一起在液固體系上作了系統(tǒng)且有成效的試驗(yàn)研究。1946年10月，他完成了碩士學(xué)位論文《固體顆粒的流態(tài)化》，1948年發(fā)表在美國(guó)《化工進(jìn)展》雜志上。他們首次觀測(cè)到液固和氣固流態(tài)化的差異，提出了“散式”和“聚式”流態(tài)化的概念，建立了顆粒與流體相互作用的流動(dòng)參數(shù)統(tǒng)一關(guān)聯(lián)式，豐富了流態(tài)化的基礎(chǔ)理論，是國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的流態(tài)化經(jīng)典之作，至今仍被廣泛引用。郭慕孫后來(lái)回憶說(shuō)：“當(dāng)時(shí)流態(tài)化還是一個(gè)新名詞，那篇論文首次區(qū)分了流態(tài)化的不同類型，并列出了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，那是破天荒的。”

在1946年美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)年會(huì)上，威爾漢姆教授所作的流態(tài)化研究報(bào)告讓學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的與會(huì)代表印象深刻，美國(guó)碳?xì)溲芯抗菊?qǐng)威爾漢姆教授推薦一位精通流態(tài)化的畢業(yè)生，郭慕孫自然是最佳人選。為了心中“工程師”的夢(mèng)想，郭慕孫放棄了繼續(xù)攻讀博士學(xué)位的機(jī)會(huì)，在該公司擔(dān)任實(shí)習(xí)工程師，次年便加入了美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)。郭慕孫在那里做了很多流態(tài)化的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算等開(kāi)拓性的工作。

雖然工作穩(wěn)定，但郭慕孫仍然心系祖國(guó)，他在美國(guó)化工期刊登了尋求回國(guó)工作的啟事，可口可樂(lè)公司選中了這位華人工程師，派他到中國(guó)拓展業(yè)務(wù)。1948年7月，他被派往香港解決技術(shù)問(wèn)題，完工返回上海才得知公司為避免戰(zhàn)爭(zhēng)風(fēng)險(xiǎn)，已決定年底從中國(guó)撤離。于是可口可樂(lè)公司又將他派往印度新德里，他與同事們歷經(jīng)五個(gè)月，硬是在一座破舊廠房里建成了印度第一家可口可樂(lè)工廠?；氐矫绹?guó)后，他被安排到紐約實(shí)驗(yàn)室工作，在此期間撰寫的《差壓法測(cè)定汽水中含二氧化碳》的論文，獲得美國(guó)汽水行業(yè)的契斯特曼獎(jiǎng)。

1950年12月9日，郭慕孫與大學(xué)同學(xué)、波士頓大學(xué)社會(huì)學(xué)碩士桂慧君步入婚姻殿堂。1952年5月，他再次回到碳?xì)溲芯抗?，繼續(xù)從事煤的氣化、氣體煉鐵和低壓空氣分離等研究。在美國(guó)期間，他發(fā)表論文8篇，獲低溫氣體吸收、含碳固體物料氣化工藝、含碳固體的氣化3項(xiàng)專利。郭慕孫在接受采訪時(shí)曾說(shuō)：“我回國(guó)的目的就是希望將這些研究和專利繼續(xù)做下去，并且要在自己的國(guó)家產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。”1956年8月，郭慕孫終于等來(lái)了回國(guó)良機(jī)，攜家人乘船輾轉(zhuǎn)香港回到新中國(guó)的懷抱。

“流態(tài)化”大顯身手

1956年，正在籌建中國(guó)科學(xué)院化工冶金研究所（以下簡(jiǎn)稱“化工冶金所”，現(xiàn)中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所）的著名冶金學(xué)家葉渚沛得知郭慕孫剛剛回國(guó)，便發(fā)出工作邀請(qǐng)，因?yàn)樵吹竭^(guò)他發(fā)表的碩士學(xué)位論文，所以建議他將化工中的流態(tài)化技術(shù)運(yùn)用到冶金領(lǐng)域，即利用流態(tài)化焙燒的方法，處理回收湖北大冶鐵礦中的銅。郭慕孫了解了前輩對(duì)自己的學(xué)術(shù)規(guī)劃后，欣然加入化工冶金所，后被任命為流態(tài)化研究室主任。

郭慕孫深知基礎(chǔ)研究是科學(xué)技術(shù)和工程科學(xué)創(chuàng)新的源泉，他將自己在美國(guó)的研究成果進(jìn)一步延伸，擴(kuò)展到顆粒有進(jìn)有出的流態(tài)化體系，提出了“廣義流態(tài)化”理論，成功預(yù)測(cè)了八種流態(tài)化類型，計(jì)算了不同顆粒和流體系統(tǒng)的流態(tài)化行為，分析了許多工程技術(shù)問(wèn)題，并且將該理論和計(jì)算方法應(yīng)用到科研項(xiàng)目中，如低品位鐵礦的富集和有色金屬分離等。這在流態(tài)化領(lǐng)域是首次提出，它構(gòu)建了適用于整個(gè)顆粒—流體系統(tǒng)和流態(tài)化的理論框架，取得了獨(dú)樹一幟的理論突破。但由于當(dāng)時(shí)中國(guó)環(huán)境封閉，國(guó)際同行對(duì)此鮮有耳聞。

回國(guó)頭幾年，科研條件和生活環(huán)境還相當(dāng)艱苦，為了將實(shí)驗(yàn)室成果盡快應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，郭慕孫總是奔波于全國(guó)各地，一邊開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，一邊研究設(shè)計(jì)，一邊指導(dǎo)工業(yè)應(yīng)用。他經(jīng)常在一二十米高的流態(tài)化中試設(shè)備上爬上爬下觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；在沒(méi)有計(jì)算機(jī)的年代，他靠拉計(jì)算尺一點(diǎn)一點(diǎn)地計(jì)算參數(shù)、設(shè)計(jì)方案；在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)他與同事們同吃同住，夜以繼日地工作。湖北大冶、四川攀枝花、遼寧鞍山、貴州萬(wàn)山、內(nèi)蒙古包頭等廠礦企業(yè)都留下了他們辛勤工作的汗水與足跡。

為進(jìn)一步推廣流態(tài)化技術(shù)，郭慕孫在1958年首次發(fā)表了《流態(tài)化技術(shù)在冶金中之應(yīng)用》，1963年又發(fā)表了《流態(tài)化垂直系統(tǒng)中均勻球體和流體的運(yùn)動(dòng)》，并撰寫了《廣義流態(tài)化》等論著，由此帶動(dòng)了一系列的工業(yè)研究。他將“廣義流態(tài)化”的研究成果成功應(yīng)用于冶金過(guò)程，使流態(tài)化技術(shù)逐步為我國(guó)工業(yè)界所重視，為此他被授予“全國(guó)先進(jìn)工作者”。

“文革”期間，郭慕孫遭受了不公正的待遇，但他仍在艱難困苦中堅(jiān)持科研工作。1969年9月，他被安排到大西北甘肅金川886廠，參加鎳鈷礦氯化焙燒擴(kuò)大試驗(yàn)。那里的生活和工作條件相當(dāng)艱苦，沒(méi)有辦公桌椅，吃粗糧，缺蔬菜，上班要戴防毒面具做試驗(yàn)，每人發(fā)一大瓶咳嗽糖漿治嚴(yán)重的氣喘。在繁重的勞動(dòng)之余，他擠時(shí)間進(jìn)行了大量的金屬氧、氯化物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)分析計(jì)算，設(shè)計(jì)出全新的氣相化學(xué)遷移工藝流程，解決了有色金屬氯化物與鐵氧化物的分離，在小板凳上寫出了“用氣相遷移法從含有色金屬?gòu)?fù)雜鐵礦中提取有色金屬”的手稿。對(duì)于我國(guó)最大的鎳鈷礦資源的綜合利用，他提出的氯化遷移的構(gòu)思時(shí)至今日仍值得探索和借鑒。

二十世紀(jì)七八十年代，當(dāng)國(guó)際上很多流態(tài)化研究的同行熱衷建立氣泡模型時(shí)，郭慕孫并未跟風(fēng)而上。他針對(duì)氣固流化床中氣泡對(duì)相際接觸和傳遞的不良影響，獨(dú)辟蹊徑開(kāi)創(chuàng)了稀相流態(tài)化、快速流態(tài)化等無(wú)氣泡氣固接觸新領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)十余年的刻苦攻關(guān)，他所創(chuàng)立的“廣義流態(tài)化”理論和“無(wú)氣泡氣固接觸”理論，已逐步成為流態(tài)化研究領(lǐng)域一個(gè)獨(dú)立的、完整的理論與技術(shù)體系。

1973年，郭慕孫率先提出了“快速流化床”的一維模型，預(yù)測(cè)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了快速流化床中顆粒聚團(tuán)的存在。然而當(dāng)時(shí)化工界對(duì)是否存在聚團(tuán)仍存爭(zhēng)議，甚至關(guān)于聚團(tuán)假設(shè)的投稿也被拒之門外。郭慕孫始終堅(jiān)持以聚團(tuán)為核心建立模型研究，至今近四十年的艱難研究歷程證明，顆粒聚團(tuán)是一種介尺度現(xiàn)象，而介尺度問(wèn)題又是很多復(fù)雜現(xiàn)象的共同瓶頸，由此更加體會(huì)到當(dāng)時(shí)郭慕孫選題的前瞻性和重要性。

然而，散式流態(tài)化與聚式流態(tài)化之間存在的巨大差別，一直未能從理論上給予合理的解釋。1984年郭慕孫又提出了快速流態(tài)化的流域劃分，針對(duì)無(wú)氣泡氣固接觸的特殊流型特點(diǎn)，從多尺度概念入手，指導(dǎo)他的博士生進(jìn)行能量最小多尺度（EMMS）方法的研究。

1992年到1997年是EMMS模型發(fā)展最艱難的階段，一是模型受到質(zhì)疑，二是EMMS的應(yīng)用尚未開(kāi)展。在這個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，郭慕孫帶領(lǐng)大家積極開(kāi)展工作，經(jīng)過(guò)持之以恒的不懈努力，終于計(jì)算出了結(jié)果。他們首次建立了流態(tài)化系統(tǒng)中非均勻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性條件，突破了對(duì)兩相流系統(tǒng)進(jìn)行量化模擬計(jì)算的瓶頸，將顆粒—流體系統(tǒng)計(jì)算廣泛應(yīng)用，并被延伸至其他系統(tǒng)，在國(guó)際上逐步確立了多尺度方法這一領(lǐng)域。通過(guò)發(fā)展離散模擬，又?jǐn)U展到其他系統(tǒng)建立普適方法，并與離散方法結(jié)合，形成以問(wèn)題、模型、軟件和硬件結(jié)構(gòu)相似為特征的高性能并行計(jì)算模式。此發(fā)展的極值多尺度方法，推動(dòng)了化工過(guò)程實(shí)時(shí)模擬的實(shí)現(xiàn)，得到國(guó)際同行的高度贊揚(yáng)，被廣為應(yīng)用，這其中凝聚了郭慕孫大量的心血。

2000年，已是80歲高齡的郭慕孫開(kāi)始籌劃主編一部巨著《流態(tài)化手冊(cè)》，他親自編寫詳細(xì)的寫作提綱，組織國(guó)內(nèi)外64位知名學(xué)者參與撰寫，這部316萬(wàn)字的 《流態(tài)化手冊(cè)》于2008年由化學(xué)工業(yè)出版社出版，在化學(xué)工程領(lǐng)域具有里程碑式的意義。

“小顆粒”發(fā)揮大作用

在半個(gè)多世紀(jì)研究金屬?gòu)?fù)雜礦和貧礦的過(guò)程中，郭慕孫總能提出物質(zhì)基本現(xiàn)象的科學(xué)本質(zhì)，通過(guò)持續(xù)實(shí)驗(yàn)研究，舉一反三，不斷擴(kuò)展，從中探究其共性，凝練出更高層次的科學(xué)問(wèn)題。他開(kāi)拓的流態(tài)化技術(shù)延伸到許多顆粒的物理加工和化學(xué)反應(yīng)工藝，進(jìn)一步從更小的尺度——顆粒上著手，探索化學(xué)工程中有關(guān)顆粒的作用和反應(yīng)過(guò)程中的變化，覆蓋了更多學(xué)科。

郭慕孫與顆粒有著不解之緣，一輩子的科研工作基本都與顆粒息息相關(guān)，為推動(dòng)我國(guó)顆粒學(xué)的學(xué)科發(fā)展傾注了大量心血。1978年，他在中國(guó)科學(xué)院學(xué)科規(guī)劃中就提出化工的四個(gè)科研方向，即傳遞過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)工程、生物化工和顆粒學(xué)。1984年，他在化工冶金所籌備建立了顆粒學(xué)實(shí)驗(yàn)室，在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了顆粒形態(tài)表征等科研工作，并派出科研骨干到國(guó)外學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了許多從事此項(xiàng)科研工作的人才，帶動(dòng)了我國(guó)這一交叉學(xué)科的迅速成長(zhǎng)。1986年9月，他組織成立了中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)，親自擔(dān)任理事長(zhǎng)至2002年。至今該學(xué)會(huì)已成立了顆粒測(cè)試、顆粒制備與處理、流態(tài)化、氣溶膠、超微顆粒、生物顆粒、能源顆粒材料七個(gè)專業(yè)委員會(huì)。

郭慕孫十分重視國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)交流，在北京主辦了國(guó)際流態(tài)化會(huì)議、國(guó)際循環(huán)流化床會(huì)議、中日美顆粒技術(shù)會(huì)議、中日顆粒技術(shù)會(huì)議及中美化工會(huì)議，發(fā)起并參與主持召開(kāi)了九次中日流態(tài)化會(huì)議、六次全國(guó)流態(tài)化會(huì)議，培養(yǎng)帶領(lǐng)他的學(xué)生和同事們走出國(guó)門、步入國(guó)際，通過(guò)積極的卓有成效的學(xué)術(shù)交流合作，推動(dòng)了流態(tài)化技術(shù)和顆粒學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

為促進(jìn)中國(guó)顆粒學(xué)研究的發(fā)展，更好地開(kāi)展國(guó)際學(xué)術(shù)交流，郭慕孫于2003年創(chuàng)辦了PARTICUOLOGY （顆粒學(xué)報(bào)）并親任主編。他對(duì)所有入載文章都一字一句認(rèn)真修改，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。2008年該刊已成為SCI源刊，2012年的影響因子達(dá)到1.423，在被SCI收錄的國(guó)內(nèi)化工類期刊中位居榜首。他在化工著名期刊Chemical Engineering Science 編委的崗位上辛勤耕耘了十余載，為中國(guó)學(xué)者的文章走向世界發(fā)揮了重要作用，經(jīng)他修改的論文，有的達(dá)十幾稿之多，國(guó)際同行為之贊嘆。

郭慕孫一生獲獎(jiǎng)無(wú)數(shù)，但對(duì)榮譽(yù)他認(rèn)為應(yīng)歸功于集體。1989年獲“國(guó)際流態(tài)化成就獎(jiǎng)”，1994年獲“何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)”，1997年獲美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)流態(tài)化講席獎(jiǎng)，同年當(dāng)選瑞士工程科學(xué)院外籍院士，2008年入選美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)化學(xué)工程百年開(kāi)創(chuàng)時(shí)代50位杰出化工學(xué)家，是亞洲唯一獲此殊榮的科學(xué)家。

郭慕孫的學(xué)生曾這樣評(píng)價(jià)恩師，

“郭先生有著敏銳的學(xué)術(shù)思想、罕見(jiàn)的嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、純粹的學(xué)術(shù)風(fēng)骨和永無(wú)止境的科學(xué)追求”“在郭先生的學(xué)術(shù)詞典中，是沒(méi)有跟蹤這一詞匯的，他強(qiáng)調(diào)的是‘獨(dú)到和‘特色，先生為實(shí)驗(yàn)室的題詞‘注重積累、追求卓越、瞄準(zhǔn)前沿、服務(wù)需求體現(xiàn)了他一貫的學(xué)術(shù)思想?！?/p>

郭慕孫就是這樣持之以恒、一步一個(gè)腳印、不知疲倦地辛勤工作，直到去世當(dāng)天還在為青年人講科普、改稿子。他把自己的一生毫無(wú)保留地獻(xiàn)給了祖國(guó)的科技事業(yè)，對(duì)流態(tài)化學(xué)科和顆粒學(xué)的發(fā)展作出了卓越貢獻(xiàn)，提供了大量寶貴的知識(shí)財(cái)富。他的科學(xué)精神和學(xué)術(shù)風(fēng)骨將永遠(yuǎn)激勵(lì)后人勇攀科學(xué)高峰。（來(lái)源：《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，2014-03-21）