多相湍流世界的科研前行者

孟小雪

金晗輝

多相湍流現(xiàn)象小至細(xì)菌病毒的傳播，大至云雨沙塵的跨國(guó)傳輸，浸透在我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷娌⒏采w了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。多相流理論是能源、化工、制冷、航空航天、環(huán)境保護(hù)、生命科學(xué)等許多領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的理論基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)與支柱產(chǎn)業(yè)及國(guó)防科學(xué)技術(shù)發(fā)展中有著不可替代的作用。

流體問題一直是業(yè)界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)，其中最受關(guān)注的就是湍流，而多相湍流中的第一個(gè)問題也正是湍流這個(gè)20世紀(jì)經(jīng)典物理的世紀(jì)難題。但多相湍流又不僅僅是湍流，它關(guān)注的是湍流中不同相物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過程中因?yàn)楸舜碎g不平衡而引起的相互耦合作用特性。

在漫長(zhǎng)的認(rèn)識(shí)發(fā)展長(zhǎng)河中，眾多流體力學(xué)家、物理學(xué)家、應(yīng)用數(shù)學(xué)家為探索湍流乃至多相湍流運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)付出了巨大努力。“可是這么長(zhǎng)時(shí)間過去了，問題依然還是那個(gè)問題。”浙江大學(xué)航空航天學(xué)院副教授金晗輝說。從事科研以來，對(duì)于多相流世界的好奇與求知一直在推動(dòng)著他深入其中。經(jīng)過多年探究，金晗輝在氣固、氣液多相湍流和湍流燃燒過程中的微觀-宏觀各尺度間跨尺度耦合作用研究中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。他說：“多相流中相物質(zhì)間的作用是從微觀到宏觀不同尺度的交織耦合作用”。而在探究“多相湍流”的奧秘過程中，他也在用腳踏實(shí)地的研究成果為我國(guó)的工業(yè)以及環(huán)境發(fā)展貢獻(xiàn)著自己的力量。

不斷挑戰(zhàn)，尋求人生新突破

人生中所有的經(jīng)歷都是因果相連的，對(duì)于金晗輝來說，每一步的學(xué)習(xí)經(jīng)歷都是生命的重要組成部分，是他人生的寶貴財(cái)富。

1989年9月，金晗輝以優(yōu)異的成績(jī)考入湖南大學(xué)，攻讀機(jī)械制造學(xué)士學(xué)位。雖然這一專業(yè)并不是金晗輝的第一志愿，但他深知：機(jī)械是百工的基礎(chǔ)，所有的工程都少不了機(jī)械的基礎(chǔ)性作用。在不斷的學(xué)習(xí)中，機(jī)械研究基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)理念也無形中為他今后科研工作的開展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

大學(xué)畢業(yè)后，金晗輝還曾前往機(jī)械工廠工作了3年時(shí)間。但多年在工廠日復(fù)一日的重復(fù)性工作，讓他深刻意識(shí)到：這并不是自己想要的生活?？絾栕约旱膬?nèi)心，他更喜歡具有開拓性、探索性的工作。金晗輝決心重返校園攻讀江蘇理工大學(xué)的碩士研究生，在科學(xué)研究中開啟新的人生。

研究生階段，金晗輝有幸參與到了新疆的蝗災(zāi)治理研究，并通過不斷攻關(guān)，與研究團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)了大型的靜電噴霧車，不僅節(jié)省農(nóng)藥，且對(duì)蝗蟲的殺傷力強(qiáng)大。在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)試過程中，金晗輝不僅提升了自己的科研實(shí)踐能力，且更加深刻地認(rèn)識(shí)到：工科的學(xué)科之間是相通的，是互相效力、互相成就的，而這也無形中培養(yǎng)了他的多學(xué)科交叉思想。也正是在這個(gè)時(shí)期，金晗輝接觸到了高壓靜電場(chǎng)作用下的荷電多相流理論，并用此成功解決了靜電噴霧車中的一些關(guān)鍵技術(shù)。在這一背景下，他看到了多相流體力學(xué)這個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科廣泛的應(yīng)用前景，更看到了其作為世紀(jì)難題的多相魅力——“隨機(jī)無形，流動(dòng)萬象”。因此他決心深入到這一科研領(lǐng)域，繼續(xù)攻關(guān)。

1999年3月，金晗輝來到了浙江大學(xué)攻讀博士研究生。在這一階段，他跟隨自己的導(dǎo)師接觸到了世界上最前沿的一些基礎(chǔ)理論研究工作，擴(kuò)寬了其研究視野。從研究生到博士階段，金晗輝在王澤、樊建人兩位導(dǎo)師的指導(dǎo)下，一步步提升自己的研究水平，在腳踏實(shí)地做科研的過程中獲得了極大成長(zhǎng)。

創(chuàng)新不息，研究成果服務(wù)國(guó)家社會(huì)

路漫漫而求索不倦。在金晗輝看來，科學(xué)研究一直是一個(gè)主動(dòng)探索的過程，在好奇心的驅(qū)動(dòng)下，一步步探究現(xiàn)象背后的本質(zhì)，應(yīng)用各種技術(shù)手段來攻克問題。“如果沒有主動(dòng)探索和思考，哪怕蘋果砸在牛頓頭上一千遍，他也發(fā)現(xiàn)不了萬有引力?！币恢币詠恚痍陷x都十分享受這個(gè)過程，并從未有過一絲懈怠。

2002年7月，金晗輝正式在浙江大學(xué)機(jī)能學(xué)院、航空航天學(xué)院開展科研工作，就氣固、氣液多相湍流和湍流燃燒過程中的微觀-宏觀跨尺度耦合作用，開展了一系列探索。在這期間，他還于2006年—2008年前往美國(guó)康奈爾大學(xué)進(jìn)行訪問研究，師從湍流燃燒研究的大師、美國(guó)工程院院士Pope教授，學(xué)習(xí)燃燒中概率密度函數(shù)理論。在潛心學(xué)習(xí)之余，他進(jìn)一步將概率密度函數(shù)理論成功引入了多相流研究。在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“煤粉湍流燃燒的LES-FDF數(shù)值模擬研究”的支持下，他首次系統(tǒng)建立了基于亞網(wǎng)格尺度的LES-FDF多相湍流燃燒模型；研究了大渦模擬中亞網(wǎng)格尺度渦影響下多相湍流擴(kuò)散燃燒特性，為優(yōu)化改進(jìn)煤粉燃燒設(shè)備和運(yùn)行參數(shù)，發(fā)展高效低污染的燃煤技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。

一直以來，金晗輝的科學(xué)研究始終緊貼國(guó)家戰(zhàn)略需求。面向發(fā)動(dòng)機(jī)的湍流燃燒基礎(chǔ)研究，能很好地促進(jìn)我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)研制技術(shù)的整體提升，對(duì)解決先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)問題的國(guó)家重大戰(zhàn)略需求具有重要意義。

金晗輝根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性，結(jié)合自己在多相湍流燃燒領(lǐng)域的研究和調(diào)研情況，提出了針對(duì)略超臨界環(huán)境下的跨臨界效應(yīng)對(duì)燃油噴霧氣液多相湍流燃燒過程的影響規(guī)律和特性進(jìn)行研究，并得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。他希望能通過這一項(xiàng)目的研究，進(jìn)一步拓展對(duì)略超臨界燃燒室內(nèi)燃油霧化燃燒機(jī)理的認(rèn)識(shí)，完善超臨界霧化燃燒理論，也為進(jìn)一步優(yōu)化和控制高功率燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程提供理論指導(dǎo)。

“將科學(xué)研究深入到民生與社會(huì)中，才能真正做到將研究成果落地生根?！币恢币詠?，金晗輝始終將此作為自己前行的動(dòng)力。

可吸入細(xì)微粉塵已經(jīng)成為破壞勞動(dòng)者健康的頭號(hào)職業(yè)病殺手。早在2005年，金晗輝就開始關(guān)注大氣中可吸入懸浮顆粒物在空間的傳輸規(guī)律，以及在人體呼吸道內(nèi)部沉積特性的研究。他在人體呼吸道內(nèi)微細(xì)顆粒輸運(yùn)沉積的大渦模擬研究引領(lǐng)了國(guó)際上這一領(lǐng)域的研究。對(duì)于室內(nèi)環(huán)境基于微細(xì)顆粒輸運(yùn)沉積差異性研究，也為有針對(duì)性地防控室內(nèi)可吸入粉塵的傳播，減少乃至消滅塵肺病等粉塵污染引起的職業(yè)病提供了理論基礎(chǔ)和新的途徑。

針對(duì)水污染問題，他還參與了科技部水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)的研究，探究潮汐影響下錢塘江水動(dòng)力作用規(guī)律及潮水作用下鹽度變化規(guī)律研究。研究成果不僅為錢塘江內(nèi)飲用水的取水口附近水質(zhì)變化提供了實(shí)時(shí)數(shù)值模擬預(yù)報(bào)，還為泄水抑咸、蓄水避咸等具體措施的采取提供了直接依據(jù)，相關(guān)成果還獲得了2015年浙江省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

孜孜不倦，不懈奮斗的科研之路

在金晗輝看來，科學(xué)研究是沒有盡頭的。雖然在多年上下求索的過程中，他經(jīng)歷的挫折無數(shù)，但金晗輝從沒有一刻想過放棄。對(duì)他而言，能通過科研探索，為我國(guó)的社會(huì)各行業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，是最讓他感到知足與幸福的事情。

“流體的世界包羅萬象，未來仍有極大的探索空間?！苯痍陷x說?；谀壳暗目蒲蟹较?，未來，他和科研團(tuán)隊(duì)還將深入到更多與多相流交叉的領(lǐng)域中，現(xiàn)如今他已經(jīng)與浙江大學(xué)附屬口腔醫(yī)院合作，在口腔的根管清洗中展開一系列結(jié)合研究，成果被推薦在美國(guó)物理學(xué)會(huì)的官網(wǎng)上。除此之外，腦神經(jīng)海綿體懸浮在腦脊液中，腦脊液的流動(dòng)以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換，會(huì)影響到神經(jīng)的發(fā)育，金晗輝希望能通過這一領(lǐng)域的研究對(duì)腦神經(jīng)科學(xué)的研究提供助力；2020年，新型冠狀病毒肺炎在世界各地爆發(fā)、蔓延，在這一現(xiàn)狀下，他也希望能夠?qū)⑽⒓?xì)顆粒物的傳播與病毒傳播結(jié)合起來，摸清病毒在空氣中的傳播規(guī)律，進(jìn)而為防控疫情提供支撐。

前路任重而道遠(yuǎn)，金晗輝始終步履不停。一直以來，他始終認(rèn)為：科研人需要保持一種單純的心態(tài)去做事情，不要過多地關(guān)注那些本屬于科研附帶品的名利事物，所有的結(jié)果都會(huì)在努力之下水到渠成。作為一名博士生導(dǎo)師，他也將這種思想，傳遞給了自己的學(xué)生，鼓勵(lì)他們遵循科學(xué)研究的本心，不刻意追求一些榮譽(yù)，堅(jiān)定科研信念，把研究做到世界前沿。

明目擴(kuò)胸，竭力前行。金晗輝的科研創(chuàng)新之路仍未止息！