心系能源情牽燃機 名實相符睿而賢
——紀念蔡睿賢院士誕辰85周年

張 娜，金紅光,林汝謀

(中國科學院工程熱物理研究所,北京 100190)

蔡睿賢(1934年2月5日—2014年10月4日)杰出的能源動力科學家、中國科學院院士

序：

2019年春，正值蔡睿賢院士誕辰85周年紀念，中國科學院分布式供能與可再生能源實驗室的同志們編撰了紀念蔡睿賢先生八十五華誕紀念冊，從不同時期和層面反映蔡老師人生經(jīng)歷、科技貢獻和人格魅力，展現(xiàn)了蔡老師質(zhì)樸光輝的一生和睿智執(zhí)著的高大形象。蔡睿賢院士為我國能源動力事業(yè)和工程熱物理學科發(fā)展傾盡畢生心血，他潛心科研，躬耕教育，為人謙和，正直風趣，為后輩科研人員留下了一份厚重的精神遺產(chǎn)和學術(shù)遺產(chǎn)。本文精選紀念冊中部分內(nèi)容，因篇幅所限，僅是浮光掠影，憶海拾貝，旨在追憶前輩風范，勤勉后學奮進。

蔡睿賢院士簡歷

1934年2月5日生于廣東汕頭。1956年畢業(yè)于交通大學動力機械系，1956—1972年在清華大學動力機械系燃氣輪機教研組任助教、講師，1972—1978年任長春機車廠設計科工程師，1978—1979年任中國科學院力學研究所副研究員，1980年開始在中國科學院工程熱物理研究所工作，歷任研究員、室主任、副所長、所長，1991年當選為中國科學院學部委員(院士)。1994—2002年兼任國家自然科學基金委員會工程與材料科學學部主任。曾任全國政協(xié)常務委員及教科文衛(wèi)體委員會副主任、中國民主促進會中央委員會副主席，還任中國工程熱物理學會理事長及《工程熱物理學報》主編，中國動力工程學會常務理事，全國能源基礎與管理標準化委員會主任委員以及國際吸氣式發(fā)動機學會(ISABE)執(zhí)行委員會委員、國際燃氣輪機學會(IGTI)葉輪機械委員會委員、國際工程熱力學與能源利用系列會議(ECOS)學術(shù)委員會委員、國際《Energy》等學術(shù)期刊編委。蔡睿賢院士長期從事工程熱物理學科基礎理論和動力機械研究，主持完成了一系列國家重要科技項目，在工程熱物理學應用基礎研究與燃氣輪機自主研發(fā)、以及國家能源領(lǐng)域規(guī)劃與戰(zhàn)略研究等方面做出了重大貢獻。蔡睿賢院士熱心教育、辛勤耕耘，在清華和中國科學院工作期間培養(yǎng)出大批我國能源與動力領(lǐng)域的優(yōu)秀科技骨干。

蔡睿賢院士1987年5月加入中國民主促進會，長期擔任民進中央的領(lǐng)導工作。多年來，他認真履行職責，積極參政議政，積極參加全國政協(xié)組織的提案辦理專題調(diào)研活動，為堅持和完善中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導的多黨合作和政治協(xié)商制度，鞏固和擴大最廣泛的愛國統(tǒng)一戰(zhàn)線，做出了積極貢獻。

蔡睿賢院士睿智嚴謹、勤奮執(zhí)著，以國家需要為己任，將畢生精力傾注于我國能源動力事業(yè)。黨和國家以及國內(nèi)外科技界同行對他的辛勤工作和所作貢獻給予充分肯定和高度評價，榮獲國家和省部級科學技術(shù)獎以及何梁何利科學與技術(shù)進步獎等。

1 教書生涯，創(chuàng)建清華燃氣輪機教研組

1956年蔡睿賢先生從上海交大畢業(yè)，正值清華大學組建燃氣輪機教研室，急需動力領(lǐng)域的人才。當時交大就從約30名渦輪機畢業(yè)生中分配了5名，他們是潘甦民、巢以明、郭達進、蔣式琰和蔡睿賢。這5位連同清華畢業(yè)的焦樹建、眭杭生等共9位助教，再加上一位國際知名教授吳仲華先生，就是全部燃氣輪機專業(yè)的班底。1956年秋專業(yè)和教研組面臨緊急的教學任務，然而9人之中沒有一人是正規(guī)學過燃氣輪機的。形勢所迫，一方面盡量向外單位借聘一些有能力的資深老師來指導，來臨時頂替教學工作。這其中就有交大的沈炳正先生和北大的孫天風先生來給頭兩屆的學生上課并指導專業(yè)建設。與此同時另一方面加緊培訓9位助教，每位都分配了專攻的課程，目標是一兩年后就能獨擋一面。就這樣焦樹建老師分工燃燒，蔡老師分工透平。

1957年吳仲華先生主講熱7班燃氣輪機概論課，讓蔡老師當輔導，有幸成為世界知名科學家吳仲華國內(nèi)首次授課的助教；1959年他開始主講葉輪機械原理等主課。這樣，他在清華固守了三尺教臺十六年，培養(yǎng)出一大批我國燃氣輪機科技骨干。

在清華，蔡睿賢遇到影響自己一生最大的老師——世界知名科學家吳仲華教授，并任他首次授課的輔導助教。吳仲華院士是世界著名工程熱物理學家，葉輪機械三元流動通用理論的創(chuàng)始人，工程熱物理學科創(chuàng)立者。約半個世紀歲月，蔡老師始終是這位科學大師的助手。在清華，吳先生是名教授、教研組主任，而蔡老師是他的助教、教研組秘書；1978年以后在中科院，蔡老師還一直是吳先生在科研和所務上的左膀右臂。長期頻繁相處共事，與吳先生結(jié)下了深厚的不解之緣。他在清華工作期間及以后在完善和發(fā)展吳仲華教授的體系中發(fā)揮了重要作用。包括前面已提及的組織校對吳先生的名著“燃氣熱力性質(zhì)表”，另外還在葉輪機械氣動熱力學方面全面發(fā)展了吳仲華創(chuàng)立的中心流線法等。

1980年，吳先生在中央書記處舉辦科學技術(shù)講座的講課《中國的能源問題及其依靠科學技術(shù)解決的途徑》中，提出解決我國能源問題的戰(zhàn)略構(gòu)思，對相關(guān)決策一直產(chǎn)生重大影響。而在這段期間，蔡老師都在幫助組織準備材料，講課時還親自操作為吳先生放投影片。另外，蔡老師多次陪同吳先生到國內(nèi)外參觀訪問。還經(jīng)常陪同吳先生到油田、制造廠等生產(chǎn)一線搞調(diào)研、提建議和講課等，從科學高度熱情宣講，積極推動我國燃氣輪機發(fā)展應用。

2 工程實踐，研發(fā)燃氣輪機機車

上世紀七十年代初，在我國長春和南京匯集了大批燃氣輪機科技精兵強將進行兩大地面燃氣輪機自主研發(fā)會戰(zhàn)。南邊是由原機械部組織的1 000 kW燃氣輪機南京大會戰(zhàn)；北邊則是由原鐵道部與機械部聯(lián)合組織的4000馬力機車燃氣輪機長春大會戰(zhàn)。這兩個會戰(zhàn)都成為我國地面燃氣輪機發(fā)展史上的里程碑。1972年底，蔡老師從清華調(diào)到長春機車工廠，機車廠要蔡老師去就是為了搞燃氣輪機機車的，廠內(nèi)原來沒有學燃氣輪機出身的工程技術(shù)人員，而他在大學畢業(yè)后就參加了我國大學第一個燃氣輪機專業(yè)的籌建，算是這一行正宗專業(yè)人員。

燃氣輪機的技術(shù)工作復雜、且分工很細，而蔡老師比較熟悉的是其中葉輪機械氣動力學部分，其它也沒太多接觸。但他憑借扎實的理論基礎邊干邊學，對總體循環(huán)核算、自動調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)設計和加工安裝等都有些建樹。由于工廠專業(yè)人員缺乏，蔡老師默默承擔了大量常規(guī)技術(shù)工作，并認真核對相關(guān)設計計算。

從1975年12月第一次點火成功到76年12月加到滿負荷，經(jīng)過了艱苦卓絕的努力，長春的機車燃氣輪機先后做了82次正式試驗，10次揭缸，重做了一個轉(zhuǎn)子，測量了10萬個以上的各種數(shù)據(jù)，解決了壓氣機提前喘振等科技關(guān)鍵問題，相當完滿地測定了機組的外特性曲線和壓氣機的特性曲線，并完成正式熱力性能試驗與48小時連續(xù)運行試驗。到1977年底燃氣輪機車就行駛在鐵路干線上，承擔貨運和客運的牽引任務。蔡老師作為主任工程師參與組織燃氣輪機研制，組織重大科技問題的攻關(guān)，腳踏實地做了大量科技工作，為成功研制燃氣輪機機車做出重要貢獻。

新型燃氣輪機研發(fā)過程常常需要破解許多重大科技難題。例如，在機組造好進行調(diào)試不久，就立刻發(fā)現(xiàn)該機組的壓氣機氣動性能有很大惡化，極易喘振(機組調(diào)試過程壓氣機曾發(fā)生過30多次喘振)，令參加設計的人員都困惑不已。盡快破解這個問題，就成為機車研制的關(guān)鍵。蔡老師本來就是氣動熱力學的專家，自然也成為該重點攻關(guān)任務的科技骨干。這些地面燃氣輪機精英們夜以繼日工作著，排除一個又一個故障的嫌疑點，經(jīng)過不懈努力，終于發(fā)現(xiàn)了實用燃氣輪機機組中壓氣機內(nèi)圍帶環(huán)對壓氣機流動不穩(wěn)定性與喘振的影響(此現(xiàn)象到本世紀在國際上仍未有完滿的解釋)，即首創(chuàng)發(fā)現(xiàn)了多級軸流壓氣機的內(nèi)環(huán)氣動效應，從而破解了壓氣機喘振的難題，保證機車順利研制成功，并對國內(nèi)后來多種型號燃氣輪機裝置的調(diào)試也起了重要作用。

還有，轉(zhuǎn)子是燃氣輪機的關(guān)鍵核心部件，其強度結(jié)構(gòu)設計對機組的安全運行至關(guān)重要。蔡老師發(fā)現(xiàn)了原所用的轉(zhuǎn)子強度計算方法之不宜，還論證了原來轉(zhuǎn)子強度計算辦法不當引起的轉(zhuǎn)子變形，提出了新的辦法與新的設計，保證機組運行安全。

總之，蔡老師參與集體首創(chuàng)發(fā)現(xiàn)了多級軸流壓氣機的內(nèi)環(huán)氣動效應，從而破解了壓氣機喘振的難題。另外，他還提出了轉(zhuǎn)子強度計算新的辦法與新的設計等。經(jīng)過參加研發(fā)人員和單位的七年共同努力，長征2型燃氣輪機車研制成功，并于1978年3月召開的全國科技會議上，獲中華人民共和國科技成果獎。

3 潛心科研，心系燃氣輪機

蔡睿賢院士長期從事工程熱物理學科基礎理論和動力機械研究，主持完成了一系列國家重要科技項目，包括國家攀登B計劃、973和863計劃、自然科學基金重大項目及國際合作項目等大量國家科技項目，在能源轉(zhuǎn)換利用和總能系統(tǒng)理論等研究領(lǐng)域有重大進展和創(chuàng)新成果，在工程熱物理學學科發(fā)展與燃氣輪機自主研發(fā)、以及國家能源領(lǐng)域規(guī)劃與戰(zhàn)略研究等方面做出了重大貢獻。他全面而深刻地理解當今世界能源動力領(lǐng)域研究前沿熱點和關(guān)鍵問題，作為領(lǐng)軍科學家多次參與國家能源動力領(lǐng)域科研項目的頂層設計和戰(zhàn)略研究，主持《國家基礎研究“十五”計劃和2015年遠景規(guī)劃》能源科學調(diào)研和S-863計劃能源領(lǐng)域軟科學以及中美兩國四院能源領(lǐng)域等戰(zhàn)略研究等等。

上世紀五十年代初，作為葉輪機械三元流動理論創(chuàng)始人吳仲華先生的助手，他全面發(fā)展了吳創(chuàng)造的中心流線法(是當時國際上唯一能高效計算可壓縮流透平葉柵的方法，曾獲五十年代的國家自然科學二等獎)，使其計算速度與準確度均有數(shù)量級的提高，并且論證此法還可以擴展用于壓氣機葉柵、軸對稱流道及低跨聲速葉柵中去。此發(fā)展后來在“文革”期間也被西方所引用。他還指出原葉輪機械三元流動理論還應補上一個環(huán)壁約束條件，并且推導出其簡明公式。在原中心流線法工作基礎上進一步發(fā)展的二元、三元級數(shù)解等相關(guān)成果還榮獲1986年中科院科技成果一等獎(蔡為第一獲獎人)。另外，在上世紀九十年代初他給出了當時最完整的對轉(zhuǎn)渦輪成套基本分析。

蔡老師率領(lǐng)自己研究團隊依托國家重要科研任務，持續(xù)幾十年對能源動力系統(tǒng)和熱力循環(huán)進行研究，獲得重大進展。在總能系統(tǒng)新概念和熱能的梯級利用原理、系統(tǒng)理論建模、熱力學分析新方法和評價準則以及系統(tǒng)集成與設計優(yōu)化新體系等方面都有創(chuàng)新性成果。在評價熱力系統(tǒng)研究方面，他特別重視評價準則問題，提出不同形式能量的不等價性理論和價值比值概念，這是評價準則研究中一個核心科學問題，具有普適性意義，還相應提出了一系列嶄新的合理準則，從而創(chuàng)建了基于能質(zhì)理念的評價準則與熱力學分析學說體系。

燃氣輪機系大國之重器，國家科技綜合水平的標志，與國家經(jīng)濟發(fā)展、國家安全以及環(huán)境保護等密切相關(guān)。蔡老師為我國燃氣輪機事業(yè)殫精竭慮了近半個世紀，作為領(lǐng)軍科學家多次參與燃氣輪機有關(guān)的國家項目頂層設計和戰(zhàn)略研究。鑒于燃氣輪機為多種高科技系統(tǒng)集成、科研投資大、研制周期長等固有特性，非專業(yè)人員常常很難理解發(fā)展燃氣輪機的復雜性和艱巨性。蔡老師珍惜每一次機遇，全力以赴去闡明與說服，積極爭取把燃氣輪機項目列入相關(guān)國家計劃。

1981年他和吳仲華及徐建中院士等參與國家機械委、科委、國務院國防工辦領(lǐng)導成立的燃氣輪機應用研究小組工作，在對國內(nèi)外燃氣輪機發(fā)展情況進行全面調(diào)研與研究的基礎上，提出我國發(fā)展地面燃氣輪機的規(guī)劃設想和實施建議。

1994年，他被選為國家科委等六個部委領(lǐng)導下中國IGCC科研組成員。蔡老師作為學術(shù)帶頭人，參加了許多IGCC重要科研項目，如“八五”IGCC攻關(guān)專題“整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范項目技術(shù)可行性研究”，“九五”國家重點科技(攻關(guān))計劃整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)關(guān)鍵技術(shù)項目以及863計劃“IGCC電站系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù)”課題等。1996年在國家科學技術(shù)委員會、中國科學院和美國能源部等支持與主辦下，他參與了“整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)(IGCC)”中美專家報告的論述研究，執(zhí)筆“IGCC是中國發(fā)展高效率、低污染、少用水燃煤電站的一項高新技術(shù)”論述報告。這些在國內(nèi)外都產(chǎn)生了積極影響。

1996年科技部組織全國有關(guān)專家緊急成立S863計劃軟課題組(能源領(lǐng)域)，任命蔡睿賢院士為組長，開展S-863計劃軟科學研究能源技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究，旨在為制定21世紀國家高技術(shù)研究發(fā)展規(guī)劃決策做準備。經(jīng)過大量分析研究與專家論證，1999年完成了“能源技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究” 。報告確定S-863計劃能源領(lǐng)域4個主題與12個專題，而其中燃氣輪機、聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)集成與示范、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、高溫氣冷堆高溫工藝熱應用技術(shù)以及中低溫余熱利用技術(shù)等專題都與燃氣輪機直接或間接有關(guān)。

1999年按照《國家基礎研究“十五”計劃和2015年遠景規(guī)劃》工作的部署，國家自然科學基金委員會成立《國家基礎研究“十五”計劃和2015年遠景規(guī)劃》能源科學學科調(diào)研組，蔡老師為組長。以他為首專家組的調(diào)研報告，后來列入國家科學技術(shù)部和國家自然科學基金委員會組織出版的中國基礎學科發(fā)展報告(能源科學部分)，這是一個“十五”期間國家發(fā)展基礎學科(與燃氣輪機有關(guān)的)的指導性文件。

另外，他還懷著熾熱的愛國心大聲疾呼要特別重視“燃氣輪機本土化”。在“十五”計劃中，重大裝備本土化備受國家和相關(guān)政府部門的重視，其中燃氣輪機本土化作為重點實施項目之一，被提升到一個前所未有的高度。他在感到欣慰的同時，也表示了對國產(chǎn)燃氣輪機產(chǎn)業(yè)振興的一些憂慮。他說，我國燃氣輪機的發(fā)展在20多年前曾經(jīng)只落后于先進國家10-15年。然而由于歷史的原因，近年來這一差距不僅沒縮小，反而在加大。雖然現(xiàn)在國家開始重視了，但仍然存在投入少、人才少的尷尬局面。作為一種大型的動力裝備，燃氣輪機是各種動力領(lǐng)域必不可少的重要設備。在西電東送和西氣東輸兩大工程中，燃氣輪機的作用舉足輕重。蔡老師說，這兩大工程為燃氣輪機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了歷史機遇，必須在國家的支持下，集中產(chǎn)、學、研等各方面的力量，掌握先進燃氣輪機開發(fā)與制造技術(shù)，從根本上建立我國燃氣輪機產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)本土化的目標。

4 榮譽與緬懷

長期以來，蔡老師及其科研團隊為我國能源動力科學技術(shù)發(fā)展做出了重大貢獻，在國內(nèi)外學術(shù)刊物和國際會議上發(fā)表學術(shù)論文近千篇。黨和國家及國內(nèi)外科技界同行對他的辛勤工作和所作貢獻給予充分肯定和高度評價，多次榮獲國家和省部級科學技術(shù)獎，包括國家級與省部級獎勵數(shù)十項(含國家自然科學獎)，并獲得何梁何利科學與技術(shù)進步獎等，還多次受到國家領(lǐng)導人的親切接見。

幾十年的風雨歷程，早已使他養(yǎng)成了榮辱不驚的處世之風。他是平凡的，他覺得只是做了一個有良知的科學家應該做的事；他又是不平凡的，幾十年的坎坷人生和在科學領(lǐng)域的不懈追求歷程，以及意趣橫溢、喜愛自嘲的風度，足以寫出一本厚厚的傳記。蔡睿賢院士熱愛祖國、熱愛人民、崇尚科學，以國家需要為己任，將畢生精力傾注于我國能源動力事業(yè)，做出了卓越貢獻，在工程熱物理應用基礎研究、燃氣輪機自主研發(fā)、人才培養(yǎng)以及國家能源領(lǐng)域規(guī)劃和戰(zhàn)略研究等方面都有重大貢獻與學術(shù)成就。黨和國家以及國內(nèi)外科技界同行對他的辛勤工作和所作貢獻給予充分肯定和高度評價。他的杰出成就，永遠是我國能源動力科教事業(yè)的寶貴財富。他的高尚品格永遠值得我們學習和懷念! 他的思想、精神和品德，將激勵我們在科研和人生道路上不斷開拓、奮進。