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| 【顆粒學(xué)開(kāi)拓者】郭慕孫：小顆粒成就大事業(yè) |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-04-11 09:54:26 瀏覽次數： |
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我國流態(tài)化學(xué)科的奠基人、顆粒學(xué)的開(kāi)拓者、國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，然而他的音容笑貌尤在眼前——仿佛先生仍在認真地審定學(xué)科規劃，修改學(xué)生論文；仿佛我們仍在癡迷地聆聽(tīng)先生講解他一生所執著(zhù)追求的流態(tài)化科研工作的歷歷往事，以及對國家科技、教育、能源領(lǐng)域的建議和對未來(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，他強調的是‘獨到’和‘特色’，先生為實(shí)驗室的題詞‘注重積累、追求卓越、瞄準前沿、服務(wù)需求’體現了他一貫的學(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，回國后受聘滬杭甬鐵路工程師，母親周石南是小學(xué)教師。在父母的培養教育下，自幼好奇心很強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)習車(chē)床技術(shù)。1937年，父親與朋友在上海合作開(kāi)辦了中國第一家工業(yè)煉氣公司，打破了法國企業(yè)在華氣體工業(yè)的壟斷地位，上海的報紙進(jìn)行了報道，認為這是一件非常了不起的事。當時(shí)正在圣約翰大學(xué)附屬中學(xué)讀書(shū)的郭慕孫對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)（現上海理工大學(xué)）化學(xué)系。在學(xué)期間，他的各科成績(jì)始終名列前茅，同時(shí)擔任?？渡虾Ｓ^(guān)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(chǎng)和生化藥廠(chǎng)工作了一段時(shí)間，便只身前往重慶等待留學(xué)機會(huì )。1945年，他憑借自己優(yōu)異的學(xué)習成績(jì)和突出的英文水平，如愿以?xún)敨@得了美國普林斯頓大學(xué)化工系的獎學(xué)金。
郭慕孫的導師威爾漢姆教授很欣賞這名中國學(xué)生勤奮嚴謹的學(xué)習精神。導師告訴他，跟顆粒有關(guān)的流動(dòng)問(wèn)題只有兩類(lèi)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)。如何把二者結合，尋找規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)驗室工作。當時(shí)沒(méi)有測流量的現成裝置，他就用一些管子反復計算設計制作，與導師一起在液固體系上作了系統且有成效的試驗研究。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《化工進(jìn)展》雜志上。他們首次觀(guān)測到液固和氣固流態(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)參數統一關(guān)聯(lián)式，豐富了流態(tài)化的基礎理論，是國際學(xué)術(shù)界公認的流態(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)：“當時(shí)流態(tài)化還是一個(gè)新名詞，那篇論文首次區分了流態(tài)化的不同類(lèi)型，并列出了大量的實(shí)驗數據，那是破天荒的。”
在1946年美國化學(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，美國碳氫研究公司請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，郭慕孫放棄了繼續攻讀博士學(xué)位的機會(huì )，在該公司擔任實(shí)習工程師，次年便加入了美國化學(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)驗和計算等開(kāi)拓性的工作。
雖然工作穩定，但郭慕孫仍然心系祖國，他在美國化工期刊登了尋求回國工作的啟事，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爭風(fēng)險，已決定年底從中國撤離。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(chǎng)房里建成了印度第一家可口可樂(lè )工廠(chǎng)?；氐矫绹?，他被安排到紐約實(shí)驗室工作，在此期間撰寫(xiě)的《差壓法測定汽水中含二氧化碳》的論文，獲得美國汽水行業(yè)的契斯特曼獎。
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，他再次回到碳氫研究公司，繼續從事煤的氣化、氣體煉鐵和低壓空氣分離等研究。在美國期間，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項專(zhuān)利。郭慕孫在接受采訪(fǎng)時(shí)曾說(shuō)：‚我回國的目的就是希望將這些研究和專(zhuān)利繼續做下去，并且要在自己的國家產(chǎn)生經(jīng)濟效益。?1956年8月，郭慕孫終于等來(lái)了回國良機，攜家人乘船輾轉香港回到新中國的懷抱。
“流態(tài)化”大顯身手
1956年，正在籌建中國科學(xué)院化工冶金研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“化工冶金所”，現中國科學(xué)院過(guò)程工程研究所）的著(zhù)名冶金學(xué)家葉渚沛得知郭慕孫剛剛回國，便發(fā)出工作邀請，因為曾看到過(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自己的學(xué)術(shù)規劃后，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，他將自己在美國的研究成果進(jìn)一步延伸，擴展到顆粒有進(jìn)有出的流態(tài)化體系，提出了“廣義流態(tài)化”理論，成功預測了八種流態(tài)化類(lèi)型，計算了不同顆粒和流體系統的流態(tài)化行為，分析了許多工程技術(shù)問(wèn)題，并且將該理論和計算方法應用到科研項目中，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，它構建了適用于整個(gè)顆粒—流體系統和流態(tài)化的理論框架，取得了獨樹(shù)一幟的理論突破。但由于當時(shí)中國環(huán)境封閉，國際同行對此鮮有耳聞。
回國頭幾年，科研條件和生活環(huán)境還相當艱苦，為了將實(shí)驗室成果盡快應用于工業(yè)生產(chǎn)，郭慕孫總是奔波于全國各地，一邊開(kāi)展實(shí)驗，一邊研究設計，一邊指導工業(yè)應用。他經(jīng)常在一二十米高的流態(tài)化中試設備上爬上爬下觀(guān)測實(shí)驗結果；在沒(méi)有計算機的年代，他靠拉計算尺一點(diǎn)一點(diǎn)地計算參數、設計方案；在實(shí)驗現場(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、內蒙古包頭等廠(chǎng)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)在冶金中之應用》，1963年又發(fā)表了《流態(tài)化垂直系統中均勻球體和流體的運動(dòng)》，并撰寫(xiě)了《廣義流態(tài)化》等論著(zhù)，由此帶動(dòng)了一系列的工業(yè)研究。他將‚廣義流態(tài)化?的研究成果成功應用于冶金過(guò)程，使流態(tài)化技術(shù)逐步為我國工業(yè)界所重視，為此他被授予全國先進(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持科研工作。1969年9月，他被安排到大西北甘肅金川886廠(chǎng)，參加鎳鈷礦氯化焙燒擴大試驗。那里的生活和工作條件相當艱苦，沒(méi)有辦公桌椅，吃粗糧，缺蔬菜，上班要戴防毒面具做試驗，每人發(fā)一大瓶咳嗽糖漿治嚴重的氣喘。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)數據分析計算，設計出全新的氣相化學(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(xiě)出了‚用氣相遷移法從含有色金屬復雜鐵礦中提取有色金屬?的手稿。對于我國最大的鎳鈷礦資源的綜合利用，他提出的氯化遷移的構思時(shí)至今日仍值得探索和借鑒。
上世紀七八十年代，當國際上很多流態(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。他針對氣固流化床中氣泡對相際接觸和傳遞的不良影響，獨辟蹊徑開(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)10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，預測并通過(guò)實(shí)驗證明了快速流化床中顆粒聚團的存在。然而當時(shí)化工界對是否存在聚團仍存爭議，甚至關(guān)于聚團假設的投稿也被拒之門(mén)外。郭慕孫始終堅持以聚團為核心建立模型研究，至今近40年的艱難研究歷程證明，顆粒聚團是一種介尺度現象，而介尺度問(wèn)題又是很多復雜現象的共同瓶頸，由此更加體會(huì )到當時(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)持之以恒的不解努力，終于計算出了結果。他們首次建立了流態(tài)化系統中非均勻結構的穩定性條件，突破了對兩相流系統進(jìn)行量化模擬計算的瓶頸，將顆粒—流體系統計算廣泛應用，并被延伸至其他系統，在國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，又擴展到其他系統建立普適方法，并與離散方法結合，形成以問(wèn)題、模型、軟件和硬件結構相似為特征的高性能并行計算模式。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，得到國際同行的高度贊揚，被廣為應用，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(zhù)《流態(tài)化手冊》，他親自編寫(xiě)詳細的寫(xiě)作提綱，組織國內外64位知名學(xué)者參與撰寫(xiě)，這部316萬(wàn)字的 《流態(tài)化手冊》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)多世紀研究金屬復雜礦和貧礦的過(guò)程中，郭慕孫總能提出物質(zhì)基本現象的科學(xué)本質(zhì)，通過(guò)不斷地持續實(shí)驗研究，舉一反三，不斷擴展，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)反應工藝，進(jìn)一步從更小的尺度——顆粒上著(zhù)手，探索化學(xué)工程中有關(guān)顆粒的作用和反應過(guò)程中的變化，覆蓋了更多學(xué)科。
郭慕孫與顆粒有著(zhù)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)我國顆粒學(xué)的學(xué)科發(fā)展傾注了極大心血。1978年，他在中國科學(xué)院學(xué)科規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)驗室，在國內率先開(kāi)展了顆粒形態(tài)表征等科研工作，并派出科研骨干到國外學(xué)習，培養了許多從事此項科研工作的人才，帶動(dòng)了我國這一交叉學(xué)科的迅速成長(cháng)。1986年9月，他組織成立了中國顆粒學(xué)會(huì )，親自擔任理事長(cháng)至2002年。至今該學(xué)會(huì )已成立了顆粒測試、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(zhuān)業(yè)委員會(huì )。
郭慕孫十分重視國內外的學(xué)術(shù)交流，在北京主辦了國際流態(tài)化會(huì )議、國際循環(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、六次全國流態(tài)化會(huì )議，培養帶領(lǐng)他的學(xué)生和同事們走出國門(mén)、步入國際，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)中國顆粒學(xué)研究的發(fā)展，更好地開(kāi)展國際學(xué)術(shù)交流，郭慕孫于2003年創(chuàng )辦了PARTICUOLOGY （顆粒學(xué)報）并親任主編。他對所有入載文章都一字一句認真修改，嚴把質(zhì)量關(guān)。2008年該刊已成為SCI源刊，2012年的影響因子達到1.423，在被SCI收錄的國內化工類(lèi)期刊中位居榜首。他在化工著(zhù)名期刊Chemical Engineering Science 編委的崗位上辛勤耕耘了十余載，為中國學(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，有的達十幾稿之多，國際同行為之贊嘆。
郭慕孫一生獲獎無(wú)數，但對榮譽(yù)他認為應歸功于集體。1989年獲“國際流態(tài)化成就獎”，1994年獲“何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎化學(xué)獎”，1997年獲美國化學(xué)工程師學(xué)會(huì )流態(tài)化講席獎，同年當選瑞士工程科學(xué)院外籍院士，2008年入選美國化學(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)生曾這樣評價(jià)恩師，“郭先生有著(zhù)敏銳的學(xué)術(shù)思想、罕見(jiàn)的嚴謹認真、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，他強調的是‘獨到’和‘特色’，先生為實(shí)驗室的題詞‘注重積累、追求卓越、瞄準前沿、服務(wù)需求’體現了他一貫的學(xué)術(shù)思想。”
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)保留地獻給了祖國的科技事業(yè)，對流態(tài)化學(xué)科和顆粒學(xué)的發(fā)展作出了卓越貢獻，提供了大量寶貴的知識財富。他的科學(xué)精神和學(xué)術(shù)風(fēng)骨將永遠激勵后人勇攀科學(xué)高峰。
*選自顆粒技術(shù)領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)期刊《顆粒標準化》，原載于《中國科學(xué)報》 2014-03-21 第10版 印刻)
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