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繆正清——上海交通大學機械與動力工程學院

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專家信息：

繆正清，男，1961年生，江蘇常熟人，上海交通大學機械與動力工程學院熱能工程研究所副教授，博士生導師。

教育及工作經歷：

1981.9-1985.7，西安交通大學電廠熱能動力工程學士。

1985.9-1988.6，西安交通大學熱能工程碩士。

1988.6-1991.5，上海交通大學熱能工程研究所助教。

1991.6-1995.11，上海交通大學熱能工程研究所講師。

1995.12-今，海交通大學熱能工程研究所副教授。

2000.12-2001.12，加拿大皇后大學機械工程系，高級訪問學者。

發明專利：

1. 一種煤粉爐C形直流燃燒器.【實用新型】繆正清，彭彬彬，韓寶駒，李子祥.ZL201520154775.4，授權日2015.07.29.

2. 一種燃燒切圓可控的鍋爐.【實用新型】繆正清，王立睿，彭彬彬，韓寶駒.ZL201420307818.3，授權日2014.10.15.

3. 控制并聯管組流量按需分配的集箱預流器.【實用新型】繆正清，王恩祿. ZL97234879.4.

4. 帶有燃燒筒的蜂窩煤爐. 【實用新型】繆正清，洪春華. ZL91215285.6.

5. 控制集箱內流量分配和匯集均勻的導流板.【實用新型】王恩祿，繆正清.ZL97234391.

6. 多駐渦消煙爐拱. 【實用新型】黃祥新，繆正清. ZL87214390.2.

7. 曲柄驅動式車輛電器設備可靠性試驗臺【實用新型】程曉鳴;繆正清;邵華;顧力強 ZL03229598.

8. 雙缸驅動式車輛電器設備可靠性試驗臺【實用新型】程曉鳴;顧力強;繆正清;邵華 ZL03229597.

9. 組合循環流化床鍋爐.【發明專利】繆正清，陳永國，田子平，章明川，熊天柱，李俊. ZL03116803.5, 授權日2005.7.16.

10. 變節距式過熱器與再熱器. 【發明專利】繆正清，徐通模.ZL99113926.7,授權日2003.6.18.

11. 控制并聯管組流量按需分配的集箱預流器.【發明專利】繆正清，王恩祿.ZL97106482.2, 授權日2001.10.3.

12. 控制集箱內流量分配和匯集均勻的導流板. 【發明專利】王恩祿，繆正清.ZL97106400.8, 授權日2002.3.20.

13. 調節入口煙氣流量分配的輻射屏式過熱器. 【發明專利】繆正清,任君,徐通模,蔣安眾.ZL03150781.6,授權日2005.12.28.

14. 渦旋式寬范圍集箱流量調節器. 【發明專利】繆正清，徐通模.ZL00116865.7.

15. 四缸驅動式車輛電器設備可靠性試驗臺【發明專利】程曉鳴;邵華;繆正清;顧力強 ZL03115899

16. 側置箭頭式流化床風帽【發明專利】繆正清;潘家泉;劉繼東;于忠義;馮冰瀟 ZL200810041463

17. 用于循環流化床鍋爐流動密封型返料裝置的溢流墻【發明專利】 繆正清;楊雪平 ZL200810040922

18. 變節距式過熱器與再熱器【發明專利】 繆正清;徐通模 ZL99113926

上海交大與中平能化集團開展戰略合作

12月30日上午，中平能化集團董事長梁鐵山一行訪問交大。上海交大與中平能化集團戰略合作簽約儀式舉行。在張杰校長和梁鐵山董事長的見證下，副校長張文軍與中平能化集團副總經理萬善福簽訂《上海交通大學－中國平煤神馬能源化工集團產學研戰略合作框架協議書》。校辦主任汪后繼、科研院常務副院長劉燕剛、副院長曹兆敏，教務處副處長鄭益慧及院系負責人參加簽約儀式。儀式由劉燕剛主持。

張杰校長代表學校對戰略合作簽約儀式的舉行表示祝賀。張杰在講話中指出，上海交大始終把產學研結合作為推進世界一流大學建設的一個重要的戰略，積極探索和總結產學研合作的各種途徑。通過對接國家戰略需求，學校不斷調整學科建設的方向，通過學科交叉，把具有競爭優勢的學科，打造成學科群，形成核心競爭力。通過聯手大型骨干企業，加強跟大型企業的合作，共同解決企業發展中的科技問題，并從中提煉科技問題，有效地提升學校的科研競爭力。張杰希望雙方通過開展戰略合作，推進深層次的產學研合作，達到雙贏的效果。

梁鐵山董事長表示，希望通過此次合作交流，能夠在硅烷法制多晶硅、電廠節能改造、甲醇燃料等方面進一步深化科研合作，建立產業技術創新戰略聯盟，開展技術合作和聯合攻關。并以此為契機，進一步密切雙方的合作，探索專業人才的委托培訓，加大科技資源與產業資源的優勢對接，開創資源共享、高效配置、聯動創新的新局面，實現校企互利共贏。

副校長張文軍與中平能化集團副總經理萬善福簽訂《上海交通大學－中國平煤神馬能源化工集團產學研戰略合作框架協議書》。根據協議，上海交大與中平能化集團建立產學研戰略合作關系，成立校企產學研合作聯盟，鼓勵上海交大技術成果的轉移、轉化和產業化，鼓勵中平能化集團下屬企業與上海交大開展全面的技術研發與產學研合作；上海交大圍繞中平能化集團的產業結構調整和升級要求，對一些重大共性關鍵技術進行技術攻關，促進傳統產業改造和高新技術產業發展，推動企業自主創新能力的提高。

據了解，雙方的合作還包括創新人才培養方面。雙方將采取靈活多樣的培養方式，通過各類教育合作形式，聯合培養富有創新精神和實踐能力的高素質、高層次專業技術人才。中平能化集團作為上海交大的校外教學與學生就業基地，為學生實習創造條件；上海交大考慮為中平能化集團技術人員提供工程碩士教育便利，推進在職研究生培養。

在戰略合作框架協議下，中平能化集團首山焦化公司董事長姜玉山與上海交大化工學院肖文德教授簽訂《百噸級新硅烷多晶硅生產示范工程項目》項目合作意向書；中平能化集團電力事業部總經理李廣民與上海交大機動學院繆正清教授分別簽訂了《230t/h鍋爐低溫煙氣余熱深度利用技術的應用》項目合作協議和《高清醇基燃料替代電廠用柴油點火技術研發與應用》項目合作協議。

在張杰校長的陪同下，梁鐵山一行還參觀了上海交大科技成果展示廳和能源研究院展示廳。

中平能化集團是一家以能源化工為主導的國有特大型企業集團，產業遍布河南、湖北、江蘇、上海、陜西等9個省區，產品遠銷30多個國家和地區，與40多家世界500強企業及跨國集團建立了戰略合作關系。旗下擁有平煤股份和神馬股份兩家上市公司。

來源：上海交通大學

所獲榮譽：

1. 2014年7月5日，榮獲《科學中國人(2013)年度人物》(能源與礦業領域)。

2. 2014年，獲上海交大煙臺龍源獎學獎教金。

所獲獎勵：

1. 2013年，“包頭第二熱電廠#4鍋爐燃燒器改造”，獲華能北方聯合電力有限責任公司科技進步二等獎。

2. 2009年，“燃煤工業鍋爐與電站鍋爐節能環保技術的研發與應用”，獲上海市總工會頒發的上海市2008年度職工節能減排優秀合理化建議一等獎。

3. 2008年， “提高電廠CFB爐循環流化設備可靠性的關鍵技術研發”，獲內蒙古自治區科技進步三等獎。

4. 2008年，“提高電廠CFB爐循環流化設備可靠性的關鍵技術研發”，獲北方聯合電力有限責任公司科技進步一等獎。

5. 2007年，“電廠鍋爐結焦的TFJT 診斷及燃燒器改造”，獲陜西省電力公司科技進步一等獎。

6. 2004年，“鍋爐空氣動力創新教學實驗平臺建設”，獲上海交通大學教學成果二等獎。

上海交通大學煙臺龍源獎學獎教金頒獎典禮舉行

12月17日，上海交通大學煙臺龍源獎學獎教金頒獎典禮在機械與動力工程學院舉行。煙臺龍源電力技術股份有限公司上海分公司總經理楊雪松、周紅新、王程，機械與動力工程學院黨委副書記顧希垚，熱能工程研究所所長姜秀民等出席了頒獎典禮。

顧希垚代表學院致辭，歡迎煙臺龍源電力技術股份有限公司嘉賓的到來，對獲獎學生表示祝賀。他介紹了往屆上海交大學生在公司的工作成績，希望雙方在科研和人才培養領域開展更深入的合作。姜秀民從教學、科學研究等角度簡要介紹了熱能工程研究所的良好發展，描繪了與公司合作發展的美好藍圖。

楊雪松介紹了公司的發展情況，肯定了上海交大畢業生為公司做出的貢獻，并對獲獎者表示衷心的祝賀。獲獎教師繆正清、研究生趙善輝代表獲獎師生發言，分別介紹了自己的研究領域和未來規劃與展望，表達了對公司的感謝。

上海交通大學煙臺龍源獎學獎教金已經連續舉辦三屆，旨在獎勵熱能工程研究所在教學科研工作中表現突出的教師，以及熱能工程專業成績優異、全面發展的研究生。希望獲獎師生再接再厲，在學習和科研的道路上更上一層樓。

來源：上海交通大學機械與動力工程學院 2014-12-19

媒體報道：

1. 《科技日報》報道《煤炭清潔高效燃燒領域理論技術與工程應用的探索者---記上海交通大學繆正清副教授》（第16版兩會特刊，半版）2015.3.10

2. 《中國科學報》報道《應用經典力學方法解決鍋爐理論難題---訪上海交通大學副教授繆正清》（第11版兩院院士大會專題——創新驅動引領發展，半版） 2014.6.10

3. 《科學中國人》報道《繆正清：注重鍋爐基礎理論研究的學子》（開篇頁起6版）2013.12.23

4. 《科技文摘報》報道《繆正清：暢游科海譜寫新篇》（第5版科技前沿，1.5個版面）2014.6.13

煤炭清潔高效燃燒領域理論技術與工程應用的探索者

——記上海交通大學繆正清副教授

我國經濟的快速發展離不開能源及其動力工業的支撐。我國的能源資源結構以煤炭為主，煤炭的總體品質較差，相對于工業化發達的國家，我國在能源的利用效率、環保等方面面臨巨大的挑戰。

繆正清深切地了解我國能源資源結構這一國情，毅然地選擇了煤炭清潔高效燃燒這一具有重要研究和應用價值的方向。三十年來，他一直圍繞鍋爐的高效燃燒、可靠工作、經濟運行、清潔排放等方面開展理論與實踐相結合的研究，并與企業合作，在研發技術的同時，努力應用于工程，為能源企業排憂解難，為社會創造了可觀的經濟效益。

十年實踐，工業鍋爐強化燃燒、消煙除塵成果顯著

繆正清選擇煤炭清潔高效燃燒這一研究方向，他說要感謝導師黃祥新教授的引導。黃教授是國內研究工業鍋爐強化燃燒的杰出學者，是上世紀五十年代蘇聯專家為我國培養的少數幾位熱能工程的研究生之一。在文革期間，黃教授將鍋爐燃燒原理與改爐實踐相結合，發明了雙人字形高覆蓋率爐拱結構，破解了我國工業鍋爐燃燒劣質煤著火困難、燃盡差、熱效率低、普遍達不到額定出力的技術難題，并因此獲得原機械工業部1986年科技進步一等獎第一名、1987年國家科技進步二等獎。該技術在全國各個工業鍋爐制造廠得到全面推廣。

繆正清就讀研究生期間，在導師的指導下，他第一次設計的爐拱是西安蝴蝶手表廠的1臺6.5t/h散裝鍋爐。經過改造，鍋爐最大實際產汽量從改造前的4.8t/h，改造后提高到8.3t/h，熱效率也顯著提高。接著，另外三臺鍋爐也很快進行了改造，一舉解決了用氣不足的問題，用戶十分滿意。此后，西安、咸陽、河南的一些企業來找黃教授改造鍋爐的任務老師都交給了他去做。考察、設計、改造、調試、驗收一系列改爐實踐，使他在較短的時間內積累了工業鍋爐強化燃燒的實際經驗。

1986—1987年繆正清隨導師參與延安大氣污染綜合治理研究，經過反復的分析、試驗，研制成功了以預燃室和M型消煙爐拱的結構組織前后拱煙氣對沖燃燒的專利技術，應用于延安地區招待所、延安軍分區、延安制藥廠、延安卷煙廠、延安地區外貿局的鍋爐改造，取得了煙氣林格曼黑度從4—5級降為零級的消煙效果(從煙囪看不出鍋爐是否在運行)。在此基礎上，延安地區環保局組織現場交流會，并發文限期改造，兩個多月就改造鍋爐19臺。這些工作為延安市大氣污染治理做出了貢獻，該項目獲得國家環保部科技進步三等獎。在1985—1995十年間，改造遍及陜西、河南、上海、江蘇、浙江、山西、山東等數十個企業，總計100余臺工業鍋爐，為企業節能、環保創造了顯著的經濟效益和社會效益。

十年鉆研，攻克多項鍋爐理論難題

1995年起，繆正清的科研方向轉向電站鍋爐，聚焦鍋爐領域若干重要理論問題，潛心研究十年，獲得處理這一類復雜問題的科學分析方法，使多個數十年以來的難題，一一得到理論解析。

他從多年的教學和工程改造實踐中，提煉鍋爐專業中的科學問題，按照科學研究的建模、理論推導，以及結合計算機求解的方式去進行探索。在復雜科學問題的建模實踐中，他不斷吸取教訓，總結經驗。這期間發表了一批有影響的論文，包括：《煤粉爐火焰刷墻時顆粒對壁面對流傳熱模型》《集箱并聯管組內單相流體的流動特性》《集束射流的流動物理》《旋轉射流的流動物理》《層狀布置組合直流射流的流動物理及其工程應用》《循環流化床軸向空隙率與靜壓分布的數學物理模型及其實驗驗證》和《循環流化床U型回料閥內氣固兩相流模型》等，推動了鍋爐基礎理論的進步。這些研究也為此后十年他對電站鍋爐的燃燒技術改造打下了扎實的理論基礎。

十年奮斗，獻身于電站鍋爐技術改造

繆正清認為解決一個專業上的理論難題，只是取得了進入這一領域的入場券，要真正解決現場問題，還必須結合工程實際，在工程中不斷磨練，并同一線的工程技術人員搞好協作。

以循環流化床鍋爐爐膛氣固兩相流理論研究的突破為基礎， 2005—2006年他將其應用于解決包頭第一熱電廠2臺470t/h循環流化床鍋爐布風板風帽漏渣與磨損的改造工程，使其從每周一停的“禮拜爐”改造后達到長周期穩定運行。該成果2007年獲得華能北方聯合電力有限責任公司科技進步一等獎、 2008年獲得內蒙古自治區科技進步三等獎。

直流燃燒器組合射流軌跡的理論預測曾經是國內外長期沒有解決好的燃燒流體力學問題，影響到電站鍋爐燃燒空氣動力的科學設計。繆正清經過多年研究后，于2001—2003年解決了理論建模難題，并且獲得了方程的數值解，開發了應用程序。從2003年起先后將其應用于上海閔行發電廠、山西河坡電廠、姚孟發電公司等機組鍋爐頻繁滅火事故的分析、燃燒器改造方案的制定，改造后消除了鍋爐滅火隱患。還解決了陜西銀河投資集團榆林上河發電廠，豐鎮發電廠、包頭第二熱電廠鍋爐嚴重結焦、影響帶負荷的技術難題。其中，上河電廠鍋爐改造前后機組從110ＭＷ提高到滿負荷135ＭＷ，相當于增加了2臺25MW機組，2006年6月初和10月底先后完成鍋爐燃燒器改造后，至2007年2月總共為電廠帶來2660萬元的直接經濟效益。該成果在2007年獲得陜西省電力公司科技進步一等獎。

對包頭第二電廠鍋爐的改造是產學研合作一個典型例子。該廠長期燃用結焦性較強的煤，4臺鍋爐長期不能高負荷運行。從2009年到2012年，繆正清團隊先后對該廠4臺鍋爐全部進行了燃燒器改造，每臺鍋爐平均提高負荷30—50MW，每臺機組改造后的年直接效益達到5000—6000萬元。

2013年，繆正清團隊承擔的包頭第二熱電廠#3爐的改造，成為北方聯合電力公司首個實施的低氮燃燒器改造工程；2014年下半年以來他們中標了包頭第二熱電廠#1、#2、#4機組，豐鎮發電廠#5、#6機組鍋爐低氮燃燒器改造工程，現在4臺機組已經投入運行，各項改造性能指標良好，滿足了低氮排放的標準。最后1臺鍋爐近日將投入運行。他們為濟南鍋爐廠設計的燃燒器還應用在出口印度和印尼燃燒褐煤的鍋爐上，也取得了防止結焦的良好效果。

繆正清在多年來的產學研結合的過程中，獲得十多項國家專利，還結識了一批工程技術專家，在工程技術上得到了他們的無私援助和支持，也從這批專家身上學到了許多寶貴的知識。

繆正清并沒有滿足于已有的成績，他說：“科研工作者需要不斷實踐，不斷思考，不斷創新，才對得起我們這個偉大的時代。”

對我國霧霾成因提出新見解

“霧霾”以前是個陌生的詞匯，自從2013年年底從京津冀擴展至全國以來，以其污染的嚴重性和常態化而為婦孺皆知。也是從那時候起，引起繆正清對這種不正常環境現象的思考，先后四次撰寫文章，發表在百度文庫，希望能引起專業人士的探討。

一般認為，霧霾污染與我國經濟快速發展、能源結構、能源的高速消費有著緊密的關系。在繆正清看來，可能還存在一些隱性的問題，目前還沒有深刻認識，導致因其污染脫離開了環保的有效控制而興風作浪引發嚴重霧霾。因此，他認為兩個方面均需要研究，以便使今后的環保措施能夠有效地抑制嚴重霧霾的產生。

我國能源結構由于資源稟賦而高度依賴煤炭。能源結構也決定了污染的主要方式。我國很長時期以來，大氣污染以煤煙型污染為主，其中的粉塵、二氧化硫、氮氧化物也主要與燃煤有關；近年來，汽車的大量使用，鋼鐵、化工生產的排放也成為大氣污染的一個不可忽視的來源。但總體上仍不能與前者相比。

盡管我國對于煤炭使用的主要行業電力與工業，燃煤的主要設備：鍋爐與窯爐等制定了與發達國家標準接近的嚴格的空氣污染物，如粉塵、二氧化硫、氮氧化物排放標準，并且，實際排放總體符合國家環保標準，但是，為何到2013年年底，我國大氣質量突然惡化，形成了嚴重霧霾？一年多以來，環保和相關的科研單位都在尋找霧霾之源，卻仍無確切結論呢？

繆正清根據霧霾的定義、綜合大氣樣本成分、雨水樣本成分以及霧霾的出沒特征，反思近幾年大規模濕法煙氣脫硫工程可能的副作用，懷疑全國性嚴重霧霾的反復出現可能與濕法煙氣脫硫工藝有關。他在發表的文章中作了詳細的分析。這里綜述他的一些主要看法。

脫硫與脫硝是近年來開始大規模應用、解決煤燃燒排放形成酸雨的環保技術。電力系統在國家行政推動下，在前3—4年內煙氣脫硫任務已迅速全面完成，煙氣脫硝也已基本完成。正因為如此，即使還有一些其他工業和工業鍋爐執行排放不嚴的情況，但全國的酸雨確實少見了，這是我國環保在近幾年里取得的最顯著而直接的效果。

繆正清認為，煙氣脫硫(濕法)與煙氣脫硝，這是一項全國規模的巨大工程，也是全世界最大規模的環保工程，因此，如果其本身存在還沒有被認識到的副作用，則其影響同樣巨大。

現在看來，以往對于濕法煙氣脫硫對大氣副作用的認識可能是不足的。由于霧霾的越來越嚴重，又與濕法煙氣脫硫工程的大力推廣時間節點同步，因此，即使對于濕法脫硫工藝稍有了解的一般科技人員也會自然地聯想到這個問題。

繆正清經常深入火力發電廠現場，盡管他對煙氣脫硫以往關注不多，但自從嚴重霧霾出現后，他開始對霧霾問題進行思考。

他總結了我國霧霾的四個特點，即全國性、突發性、嚴重性與反復性。即霧霾從2013年底突然大范圍出現后，一直以高頻率、高濃度影響著全國各地的大氣環境。他認為霧霾研究的有效理論，必須首先能夠解釋這四個特征及現象。據他分析，這很可能與大規模濕法煙氣脫硫預先沒有預料到的副作用相關。他認為霧霾問題分析應該大膽懷疑，小心排除，不放過任何一個可能的因素。他還認為大氣層的氣溶膠是霧霾能夠興風作浪的前提條件！也是處理問題的難點！

濕法煙氣脫硫引起霧霾受到他的懷疑，有幾個原因：一個是濕法煙氣脫硫確實會排放符合形成霧霾條件的PM2.5顆粒與水蒸氣；二是數量相當大；三是這部分污染是新增加出來的；四是大量增加他提出的云層污染——云霾；五是大幅度延長污染顆粒物在大氣中的停留時間，累積成很高的細顆粒濃度；六是可以解釋霧霾的四大宏觀特征表現。如果這一問題引起相關科研工作者的重視，無論這一懷疑得到證實，還是最終被否定，對于霧霾研究都有著重要的意義。

不過，在不能改變以煤炭為主的能源格局情況下，他還是建議，基于我國煤質灰分、硫分含量高的特點，我國要學習國外煤炭利用普遍采用洗煤的經驗，首先從煤炭能源的源頭上解決污染元素的減量化，減輕使用設備的除塵、脫硫負擔，并通過強化環保標準，減少燃煤排放帶出顆粒物，并尋求改進技術，大幅度控制向大氣排放水蒸氣，切斷形成霧霾的基本條件。

他相信，如果各行各業將問題都能透明化，控制顆粒排放、控制污染氣體包括水蒸氣等氣溶膠的排放，我國霧霾嚴重的局面，一定會顯著改變，藍天一定會重新歸來。

來源：科技日報 2015年第3期

上海交大繆正清：應用經典力學解決鍋爐理論難題

煤炭、電力是我國重要的支柱產業，鍋爐是它的代表。為使鍋爐安全、高效、清潔地運行，有千百萬人為之奮斗。近日《中國科學報》記者走訪了上海交通大學繆正清副教授。他在煤粉鍋爐、循環流化床鍋爐、鏈條爐排鍋爐的煤燃燒、氣固兩相流、射流力學等方面創新了多項鍋爐技術基礎理論并應用到實際工程中，取得了顯著的效果。讓我們尋訪他的創新之路。

記者：據我們了解，您在鍋爐技術理論研究和工程應用方面做了不少工作，取得不少成果，我想您一定有不少獨特的方法可以與大家分享，首先請您介紹一下您的求學經歷好嗎？

繆正清：我是1981年至1988年在西安交通大學能源與動力工程學院攻讀電廠熱能動力工程和熱能工程專業，獲得了本科和碩士學位。畢業之后，分配到上海交通大學能源系，從事鍋爐原理、熱力學、傳熱學等課程的教學。工作十年后，為了進一步提高自己學術研究的能力，又考回母校完成了在職博士的學業。

記者：在您人生的各個階段中，有沒有出現對您影響很大的人或者事？請結合具體事例談談。

繆正清：有很多人和事。父母的養育、姐弟的支持，老師的教育，工作中同學、朋友的幫助，環境的驅動，數不勝數。讀研究生后，在導師的引導下走上科研道路。黃祥新老師、夏長江老師指導我工業鍋爐研究、徐通模老師指導我電站鍋爐研究，使我終身受益，永生難忘；參加工作后還博文、田子平、章明川、蔣安眾等教授對我的教學及工作實踐進行熱情的指導，他們也是我的老師；在長期的科研實踐中，大學時期的班主任曹玉民老師、張仲民老師始終鼓勵和支持我，劉豐元高工、張修文高工、郭平高工等一批工程專家在工程技術上協助我；同窗好友高暉博士等的影響也促使我努力進行學術研究等。

記者：您曾是加拿大皇后大學機械工程系高級訪問學者，國外這段經歷給您帶來了怎樣的影響？

繆正清：在加拿大一年的進修，對我的學術研究有很大的影響。出國前，我主要在工業鍋爐強化燃燒與電站鍋爐水動力學方面進行過一些研究。到加拿大進修期間，我開始接觸一個新的方向——一種強射流/弱射流(SJ/WJ)組合類型的天然氣超低NOx燃燒器的射流軌跡模型研究。

我從學習國外學者的研究工作開始，首先使用微分方法代替了他們的積分方法，建立了射流軌跡的微分方程，相對于射流軌跡的積分方程，我的方法從軌跡方程的建立到差分求解變得簡單而容易，由此，我想能否把這一方法進一步拓展到解決更為復雜的集束燃燒器射流軌跡，以及具有更大意義的旋流燃燒器與煤粉爐層狀布置直流組合射流的軌跡問題？后來的研究工作表明，這一目標是正確的。

記者：您曾先后建立了鍋爐領域的多項理論模型。能用通俗的話語給我們具體闡述一下嗎？這些理論形成的背景、關系是什么？您在實際工作中又是如何完善和豐富這些理論內涵的？

繆正清：我在從事熱能工程的教學與實踐中，接觸到了一些重要的工程理論問題，我主要采用了經典力學的分析方法對其進行理論建模研究。

我在電站鍋爐研究中做的第一個課題是關于煤粉爐火焰刷墻時顆粒對壁面對流傳熱的理論模型研究，這是國家八五科技攻關項目“煤粉爐爐膛內傳熱模型”的一個子課題。主要研究顆粒對于爐膛傳熱的影響。通過建立氣固兩相流模型和顆粒傳熱模型得到了顆粒對于爐壁的對流傳熱計算公式。這一模型使得火焰刷墻時爐壁傳熱急劇增加的現象、貧煤鍋爐發生高溫腐蝕的普遍性現象都能得到理論上的解釋。

電站鍋爐集箱并聯管組水動力學問題是我在電站鍋爐方面研究的第二個問題。它的背景是為了準確地確定大容量電站鍋爐的過熱器、再熱器并聯管組內流量分布，這也是國內外動力工程中長期未解決好的經典難題。我在“電站鍋爐分配集箱系統單相流體流動特性的研究”中，首次指出了現今使用的水動力計算標準方法中，關于并聯管組內單相流體流量分配的計算方法存在缺陷的實質所在。“集箱與并聯管屏系統單相流體的流動特性”是目前國內外關于屏式結構并聯管組三維結構內流動特性分布的第一個嚴格的分析解。

射流流動研究這是一個引人入勝的課題。射流因為具有一個顯著的特征，就是在它的能量耗散之前與其周圍流體流動有著速度的明顯差異而形成流動的邊界輪廓，射流往往與環境流體或者與其它的射流相互作用，因而改變著它的走向，射流的走向基本上以射流中心線為代表，通常稱之為射流的軌跡。因此，獲得射流軌跡就得到了射流流動的一系列關鍵參數的變化規律。這也是射流流動不同于一般流體流動的特點，也是射流軌跡研究有可能采用簡化理論模型研究的特殊性所在。

我通過對這類問題的分析，總結了以下這些研究方法，包括：采用將射流特性簡化到射流中心軌跡上的集中參數法；將射流軌跡的切向與射流動量矢量一致作為將射流軌跡向流體動力學研究轉化的橋梁；建立組合射流中單股彎曲射流的質量方程；提出多自由射流卷吸流場的合成原理以解決多射流中單射流與多射流之間的質量交換和動量交換的計算方法；提出在自由射流質量方程中引入質量交換系數將其轉變為用于研究沖擊射流的質量方程；以射流微元段為基本研究對象的受力分析方法；以質量守恒、牛頓第二定律和能量守恒定律和動量矩守恒應用于射流微元段為建立微分方程的通用方法。通過這些方法，我獲得了集束燃燒器、旋流燃燒器、切圓布置直流燃燒器等射流力學的軌跡模型。大家可以看我的論文——《集束射流的流動物理》《旋轉射流的流動物理》《層狀布置組合直流射流的流動物理及其工程應用》等。

循環流化床氣固兩相流模型主要研究沿著爐膛高度空隙率(或者顆粒濃度)分布及靜壓分布。空隙率是循環流化床氣固兩相流的主要狀態特征參數，其變化規律涉及流動、傳熱、傳質、燃燒、受熱面設計、輔機選型等各個方面。循環流化床由于強烈的氣固作用，不僅應用于發電鍋爐，作為一種潔凈燃燒發電方式，而得到迅速發展，同時在大型煤氣化、燃料電池、化工、冶金等廣泛的工業領域有著重要的應用，但是幾十年來對其氣固兩相流宏觀特征理論模型的研究一直進展不大。大學時代就知道這一問題的難度。2002年我著手嘗試這一問題的研究。經過反復摸索，在將問題簡化后，通過經典力學分析得到了微元層氣固兩相流微分方程。我發現這是一個特殊的方程。因為包含空隙率的三項由巨量級之差等于微量級構成。這類方程還不能通過量綱分析來丟掉微量級項。這正是計算數學上提到的“病態方程”。我借鑒計算數學處理“病態方程”的方法——將巨量級差項轉變成新的微量級差項，最終找到了解決這一學術難題的出路。我想，以往學術界可能沒有敏銳地注意“巨量”和“微量”的問題。我提出的理論模型經過不斷改進、完善、實驗驗證，用了九年時間，到2010年才發表，題目是《循環流化床軸向空隙率與靜壓分布的數學模型及其實驗驗證》。

記者：在這些項目中，您認為最有意義的是哪一個？在該成果的攻關過程中，有沒有遇到什么難題或者發生什么讓您難忘的事情？

繆正清：在科學研究中，我首先瞄準意義重大的課題。先后研究的集箱水動力學、射流軌跡、循環流化床軸向空隙率的變化規律等，都是學術界沒有很好解決的難題，探索這類問題的理論模型都有較大的意義。集箱水動力問題在大機組鍋爐中普遍存在，這方面的研究事關全國數千臺電站鍋爐中過熱器與再熱器的安全問題。對于循環流化床氣固兩相流的研究，雖然涉及到了一個很重要的問題，但是，循環流化床技術還有很多的科學問題需要研究，目前僅僅是開始。要說意義最大我說應該是關于射流的研究。燃燒器射流力學的研究涉及集束射流、旋轉射流、層狀布置組合射流，已初步形成研究系列。這一成果的意義：一是豐富了燃燒器射流力學理論，二是有著廣泛而現實的工程應用價值，對于高效、環保大機組鍋爐燃燒器設計及運行具有重要的指導作用。

研究課題，不是條條路都能成功。有時只有一兩條。要克服各種障礙。所以，遇到的難題一言難盡。成功的思路都體現在論文的過程中。

記者：請您與我們分享和傳授一下您和企業合作的成功經驗？

繆正清：企業是工業技術的載體、科技創新的舞臺。電力行業對于設備缺陷與技術問題都非常重視。我在大學里教學的同時，所開展的科學研究得到了企業的關注與支持，如上海鍋爐廠、濟南鍋爐廠等委托產品關鍵技術的聯合研發，上海閔行發電廠、山西河坡發電廠、榆林上河發電廠、姚孟發電公司及華能北方聯合電力公司下屬的多個電廠，如包頭第一、第二熱電廠、豐鎮發電廠、上都發電廠等將重要的工程項目委托我們，使我們有機會將科技成果直接應用到大型工程，并在實踐中得到進一步提高。我們每到一個電廠，本著全心全意為電廠服務的宗旨，本著虛心向電廠技術人員學習，向工人師傅學習的態度。我們的工作得到了所有服務電廠領導、技術人員和工人師傅的支持、配合。通過項目合作為企業創造的直接經濟效益數以億計。合作成果多次獲獎。沒有他們的支持，可能會一事無成，在此，也對他們表示誠摯的謝意！

記者：據了解，您不僅承擔科研工作，還長期挺立在教學一線。在多年的教學過程中，是否總結了好的經驗？請與我們分享。

繆正清：作為一名教師，要通過博覽眾書，認真消化、繼承前人的研究成果，傳遞給學生，要找出前人的不足，提出自己研究的問題和方向進行深入地研究，還要經常到實際中去結合。最后，再將得到的成果盡快應用于教學之中。

記者：您認為作為一名科研工作者最需要具備的素質是什么？對于能源動力學的后輩，您有著怎樣的期望和建議？

繆正清：作為教師和科研工作者需要一輩子不斷學習，不僅學習書本與文獻，還要到實踐中學習，向身邊的人學習，向超過自己的人學習。永遠抱著學習的心態。科研工作要不怕失敗，要有頑強的意志去奮斗，持之以恒，才可能有所收獲。

能源動力是國家的長線專業，希望有更多優秀的年輕人加入進來，為國家的能源事業共同努力！

記者：工作之余，您有哪些業余愛好？您的這些愛好和您自身的工作有必然的聯系嗎？

繆正清：參加工作后，工作之余，我也看中國古代的傳統文化，如古代哲學、古文字、中醫學等書籍，其中不能理解的問題吸引著我，產生了興趣。在這些方面，我也發表了一些我的見解。這些愛好對促進我的專業教學和科學研究都有積極的作用。

來源：《中國科學報》 (2014-06-10 第11版專題)

繆正清：注重鍋爐基礎理論研究的學子

繆正清，上海交通大學機械與動力工程學院熱能工程研究所副教授。1985年、1988年、2004年先后畢業于西安交通大學能源與動力工程學院電廠熱能動力工程、熱能工程（鍋爐）與動力工程及工程熱物理專業，獲工學學士、碩士和博士學位（在職）。1988年分配到上海交通大學能源系。1988年、1991年、1995年先后任助教、講師和副教授（破格晉升）。2001年作為高級訪問學者，在加拿大Queen’s University 先進氣體燃燒技術中心工作一年。長期從事煤粉鍋爐、循環流化床鍋爐、鏈條爐排鍋爐的煤燃燒、氣固兩相流、射流力學等方面的教學和科研。堅持專業研究中的理論探索方向，在采用經典數學物理方法結合現代計算數學解決鍋爐重要技術基礎理論方面多有創獲。解決了工程應用中的一批技術難題。發表專業論文60余篇，其中，被SCI、EI收錄論文20篇。1987年以來，申報專利15項，其中獲得授權發明專利和實用新型專利各6項。負責完成企業各類鍋爐技術改造項目近百項。合作項目獲陜西省電力公司科技進步獎一等獎與北方聯合電力公司科技進步獎一等獎各1項，獲內蒙古自治區科技進步獎三等獎1項。

鍋爐——包括工業鍋爐與電站鍋爐，是世界各國熱能與動力工業的重要裝置。我國以煤炭為主的能源結構，使我國的燃煤鍋爐在世界上具有最大的規模。據統計，2012底我國工業鍋爐(小型鍋爐)總數達到近60萬臺，電站鍋爐(大型鍋爐)相應的火電裝機容量已經達到8.1億千瓦。2012年我國原煤產量36.5億噸，其中的三分之一和二分之一分別被用作工業鍋爐與電站鍋爐的燃料。雖然鍋爐技術不斷進步，但仍然存在不少問題：燃煤工業鍋爐性能差、效率低、污染嚴重；大容量電站鍋爐會因煤質變差產生爐膛結焦、滅火、超溫爆管、高溫腐蝕等安全事故。上海交通大學副教授繆正清密切關注鍋爐行業的這些重大問題，從中歸納提煉出研究課題，納入教學與科研之中，深入開展理論研究，取得了多項顯著的研究成果。

理論研究通常分兩種方法，一種是經典的數學物理建模——主要通過抓住問題的本質，經過適當模型簡化，建立常微分方程(組)進行求解，另一種是基于對通用本構偏微分方程組在時空網格離散后進行求解。一般把前者簡稱為經典理論方法，后者簡稱為通用數值模擬方法。繆正清認為，傳統的數學物理方程限于分析解，因此，限制了它的應用范圍也影響了它的使用價值，然而，隨著計算機的普及，現今數學物理方程都能簡單地得到數值解，若與計算機結合，形成“數學物理方程化后的計算機求解研究方法” (簡稱“數學物理方程化的研究方法”)，經典方法也可以大展身手。沿著這一思路，鍋爐領域里以往尚無理論化或者理論尚未完善的重大課題，成為他著重收集的對象。在層燃鍋爐、電站煤粉鍋爐、循環流化床鍋爐等技術領域進行的研究中，他都使用了這一方法。

傳承火床鍋爐強化燃燒技術

繆正清的碩士導師黃祥新教授是上世紀50年代前蘇聯專家培養的新中國鍋爐專業少數幾位研究生之一。黃教授重點研究工業鍋爐燃燒的強化，曾承擔國家六五“鏈條爐爐拱結構與二次風技術的研究”及七五“鏈條爐爐排結構特性的研究”等科技攻關項目，在新型爐拱與爐排的理論與結構研究方面取得了重大的突破。其中，“鏈條爐爐拱結構與二次風技術的研究”1987年獲得國家科技進步二等獎，為改變我國工業鍋爐燃燒技術長期落后的面貌作出了重要貢獻。1985年至1994年，繆正清跟隨導師進行工業鍋爐爐拱的研究與改造。導師理論與實踐相結合的研究方法、不斷刷新研究思路、百折不撓、持之以恒的研究態度、只求學問、不計個人得失的高尚品德，深深地影響了他。在導師的指導下，他針對工業鍋爐強化燃燒問題，開展了包括爐拱區的流動模型、爐拱的混合特性、爐拱結構與拱區傳熱模型、爐拱結構最優化、風室內流動模型等問題的研究。系列論文先后發表于《動力工程》《工業鍋爐》《熱能動力工程》等雜志上。《多駐渦消煙爐拱》1988年獲得國家實用新型專利。他負責主持的爐拱強化燃燒改造項目數十個，鍋爐容量從2～40t/h，用戶分布在陜西、山西、河南、江蘇、浙江、上海、山東、江蘇等地，改造效果非常顯著。

面對一個個成果，繆正清說，這都是繼承了黃老師的研究。他還記得黃老師說過的一句話“工業鍋爐的問題畢竟影響小，如果能處理好電站鍋爐的問題，才有更大的意義”。導師這種強烈的責任感深深地影響了繆正清。這些話也成為他此后選擇課題的重要導向。1995年以后，他開始投入電站鍋爐科研的探索與實踐。

挑戰大容量鍋爐的流量偏差計算方法

在大容量電站鍋爐技術中，確定其過熱器、再熱器并聯管組內的流量分布難度較大，然而隨著鍋爐容量的增加和溫度、壓力參數的提高，流量分布的精確計算越來越迫切。同時也涉及到工程流體力學和鍋爐水動力學中的基礎問題。1996年繆正清開始進行這一課題研究。

通過考察現有鍋爐集箱并聯管組流量偏差計算的標準方法，他基本摸清了標準方法存在的缺陷。他認為：分配與匯集集箱間靜壓差是決定并聯管組流量分配與流量偏差的重要因素。以端部引入的分配集箱為例，現有標準(前蘇聯標準、中國標準)計算集箱內靜壓分布基于兩個條件：其一，集箱任意位置處蒸汽的速度、靜壓與集箱進口端蒸汽的速度、靜壓之間的關系。由于進口參數為已知值，因此，這一關系實際上給出的是集箱軸向任意位置上軸向速度與靜壓之間的約束關系。其二，假定集箱內軸向速度呈線性變化。據此，似乎就可以輕易得到集箱內靜壓的分布，進而，不論多么復雜的并聯管組系統的流量分配與流量偏差問題都能通過簡單代數運算得出，但是，工程應用中頻繁出現的大機組鍋爐超溫問題與爆管事故，引起了繆正清對標準的思考。經過仔細分析，他指出標準的處理方法存在理論上的缺陷。他認為，標準的第一條中的方程不管其采用能量方程(前蘇聯標準)還是動量方程(中國標準)導出，最終都是通過實驗確定其修正系數，而使其符合實際，所以，這一關系是正確、可靠的(只是不同方法造成方程形式的繁簡差異很大，對于能否理論求解關系亦甚大)，但是，第二條的假定本身不符合實際，同時，這樣得到的集箱內壓力分布，其實是一種并聯支管均勻分配時的情形。以不變的靜壓分布概括實際變化的各種靜壓分布，這就是現有相關的標準(前蘇聯標準、中國標準、美國某公司標準同樣直接給出一條固定的靜壓分布曲線)的通病。

繆正清相信，集箱靜壓分布不是孤立的，它不僅與集箱結構密切相關，并且還受到整個系統的制約與影響，因此，他嘗試通過建立全部變量滿足的聯立方程組來求解。如何建立這樣的封閉方程組，方程組列出后，采用何種方法才能求解成為一段時間里他反復思考的問題。他保留標準合理的第一條能量方程，摒棄標準的第二條假定，尋找新的解決方法。面對大機組過熱器、再熱器連接于集箱上數以千計的并聯支管，即使僅僅建立并聯支管與集箱連接處的代數方程也可能達到上萬個，雖然，直接采用計算機求解也不是很困難的事情，但是，他還是想嘗試先走理論分析路線，如果走不通，再退回來。

他注意到兩個情況，一方面，速度、壓力值在集箱軸向呈離散數值分布，另一方面，從總體上看，集箱軸向管排數量較大，可以看作密集排列。他聯想到數學上只有變量分布連續化的問題才能應用微積分，而高等數學中的“中值定理”可以將離散分布函數轉變成近似的連續函數。于是，他采用中值定理，將集箱內靜壓與軸向速度、以及各屏流量沿著集箱軸向離散分布的問題作連續化近似。這樣，數學上的“微元段”概念被他放大到沿著集箱軸向包含若干個屏片的物理“微元段”長度——他認為數學上最重要的不是復雜的推導，而是如何真正理解與應用基本的概念。微元段概念本來就是對實際有限短長度的一種抽象，微元段的長度是相對的，不認識這一點，高等數學就不能用、不敢用。考慮到同屏各支管由于長度、結構差異大、數量又相對集箱上屏片數少，故他并未將其作連續化處理，仍然按真實的離散模型處理。這樣，對包含若干屏片的微元段控制體，建立了軸向與徑向的質量平衡、能量平衡的常微分方程組。其中沿著集箱軸向模型為連續模型，而同屏與集箱相連處的各支管進、出口速度為離散模型。在這一工作過程中，他對相關的方程表達式的來龍去脈進行了全面的梳理和研究。最終選擇了精度高、形式又簡單的集箱軸向能量方程，同時，邊界條件采用了代數量表達，因而，面對十分復雜的管組系統宏觀上的三維(三個方向)流動，仍然獲得了嚴格的分析解，并且，分析解統一地適用于雙向引入、引出的7種典型的集箱連接方式(L型、倒L型、Z型、U型、J型、倒J型、H型布置)的帶屏結構、屏內蒸汽被加熱等接近真實的問題。據此分析解，可以替代現有計算標準給出的這7種典型布置流量偏差的計算公式，實質性地改進了現有標準方法，推進了集箱與并聯管組水動力學的發展。

試驗臺實驗結果也很好地驗證了繆正清的理論分析解，而前蘇聯水動力計算標準、美國某公司標準及我國水動力計算標準對同樣試驗條件的預測結果與實驗結果差距明顯偏大。

2000年，繆正清為西安熱工研究院分析國內首臺700MW機組鍋爐三級過熱器流量偏差，運用他的集箱并聯管組流動理論模型分析解、結合前述三種計算標準，計算對比表明，他的模型預測結果與實際由于流量偏差引起的熱偏差情況完全相符，前蘇聯標準預測次之，美國某公司標準由于引進過多的約束假定，因此，導致最大流量偏差與實際結果嚴重不符。在開展集箱水動力研究的同時，繆正清還以第一發明人獲得改進集箱流量分配與匯集均勻性的發明專利2項。

然而他并不滿足于這些已有的成果。他說這是一個引人入勝的課題。他深知這類經典水動力問題，仍然充滿著勃勃生機……

解決集束燃燒器射流基礎理論

集束射流燃燒器指一個噴口平面上有相距較近的多個可燃氣體噴口與助燃空氣噴口組成的燃燒器。將單股大流量射流分解為多股射流有利于充分利用射流的卷吸能力，加速氣體的混合與燃燒，因此，這類燃燒器廣泛應用于不同的領域。例如，在飛機推進系統中，以降低排氣噪音、增強推力，應用于冶金爐的大型噴槍以提高加熱速率，在工業爐中降低氮氧化物生成等。隨著我國天然氣應用的擴大，這種燃燒器將有著廣闊的前景。

2000年，繆正清受學校公派赴加拿大皇后大學機械系先進氣體燃燒技術中心進修。在分析了中心Grandmaison教授提出的兩股軸線在同一個平面內的強射流/弱射流作用的數學物理模型之后，他改用微分方法獲取了弱射流軌跡方程，相對于Grandmaison教授復雜的隱式積分方程，他的微分方程是簡單的顯式方程。這一工作立即引起了兩位國外導師的重視，并給以滿意的評價，激發了他進一步研究的熱情。他了解到真實的燃燒器是7股天然氣與7股空氣射流的組合，布列在一個環形的噴口平面上，彼此之間呈空間關系，而現有模型局限于兩股平面射流，且由于兩股射流動量相差懸殊(40倍),所以，實際處理時，只考慮了強射流對弱射流的作用。如何去處理多股、且相互呈空間作用的多射流的軌跡問題，顯然，這是擺在繆正清面前的極富挑戰性的好題目。但那時能否解決這個問題，他也沒有把握，只能試著看。

面對復雜的問題，他首先考慮的還是研究方法。積分方法研究一股射流的軌跡已經很復雜了，如果再應用于多射流，可能復雜得無法進行，而微分方法由于其簡單性可望進一步拓展到復雜的多射流軌跡研究。

射流集總參數條件下，其軌跡的切向與射流動量流率矢量一致。所以射流軌跡問題可以轉變為動量流率矢量的變化問題。而射流微元段動量流率的變化等于射流微元段卷吸質量流率及其外流場流速的乘積，因此，如何計算指定射流微元段周圍由所有其它射流在該處形成的總的合成流場就成為多射流軌跡研究的關鍵。流場能否合成？如何合成？理論依據何在？他想起了勢流合成理論——只有滿足勢流條件的流場才能進行流場合成。他在對射流與射流外卷吸流場作分析后，認為射流邊界內的核心區，速度梯度大，粘性效應大，即為有旋流動區(在集總參數法簡化下，這一區域被簡化成射流的中心線)。而射流邊界以外的影響區，粘性效應小，可以近似為無旋流動，亦即勢流。在多射流流動中，射流在會合之前，射流核心區一般小于射流之間的間距，因此，他提出了多射流勢流區的卷吸流場合成原理。據此，就解決了每一股射流周圍流場的計算方法。

以此關鍵問題的突破為基礎，他先后解決了兩股非共平面強射流/弱射流的軌跡模型、兩任意動量流率比射流分散布置時的射流軌跡模型，以及任意多股射流環狀集束布置這一真實燃燒器射流軌跡的理論模型。模型得到了文獻和他建立的試驗臺的實驗驗證。理論模型可為具有該類射流特征燃燒器的流動、混合分析與工程設計提供重要的理論基礎。

揭示旋流燃燒器射流基本規律

旋轉射流流動復雜，而應用廣泛。從自然界颶風的形成、到大型客機的驅動、以及工業上各類旋流燃燒器的工作它都是主角。旋流射流燃燒器指從環形噴口高速噴出的氣流呈螺旋運動的一類燃燒器。國際上該方向研究文獻汗牛充棟，然而100多年來在經典流體力學中仍然缺少反映其螺旋運動特征的簡單的數學物理描述。作為教學過多年鍋爐原理的教師，繆正清感到這理應是一項具有經典意義的工作，而對于十分重要的燃燒流體力學領域，缺少這一研究，太不正常了。于是，他心存此想十多年，但是一直感到無從下手。2001年，他在加拿大皇后大學研究成功受卷吸作用的集束射流軌跡物理模型后，嘗試研究旋轉射流軌跡問題。在皇后大學先進氣體燃燒中心，Grandmaison教授告訴他中心資料室藏有大量射流文獻，他從中心復印了400多篇文獻，從中找出了旋轉射流文獻28篇。但是，沒有一篇是研究旋轉射流空間軌跡的，這使他更堅定了這一選題的意義。開始想借鑒他研究集束射流軌跡的方法，研究旋轉射流。模型建立后，因為無法驗證，工作就放下了。2002年回國，建起旋轉射流實驗臺，發現模型預測無法接近實驗結果，于是改變思路，推倒重來。這一次，直面旋轉射流環面連續的事實，提出了將連續的環面射流分割為一系列作螺旋運動的微束螺旋射流，然后將局部分析法與整體分析法相結合，選擇其中一個微束螺旋射流，并在其上面取一個微元段作為控制體進行受力分析的方法，建立其軸向方程與徑向方程，又將旋轉射流整體分析中動量矩守恒結果分解給微元段，得到其切向方程。但是，起初數學模型求解出來的結果與自建的實驗臺上的實驗結果還存在明顯差異，經過反復思考，發現導致差異的原因，可能是由于忽略了由射流主流引起的、定義在射流邊界外空間的流體旋轉能量，于是，又在切向方程中引進動量矩耗散系數后再應用動量矩原理，之后再通過理論預測軌跡與實驗實測軌跡的比對確定了該耗散系數。如此，經過反復嘗試，終于建立了反映旋轉射流運動本質特征的微束螺旋射流軌跡的常微分方程組。這一研究的成功，他說來自幾方面的機緣巧合：多年專業教學中對旋轉射流問題累積的困惑、采取了基于旋轉射流微束微元段的受力分析入手以及基本力學原理構建起微元段三維運動方程框架、在子模型中引進前人的經典工作(Chigier，Maier 等關于旋轉射流卷吸系數的研究成果)、模型的修改工作(定義動量矩耗散)、三維顯示軟件Tecplot。

提出研究旋轉射流軌跡這一科學問題是基于其為旋轉射流基本現象和特征；從整體旋流中聚焦螺旋射流微束及其微段控制體、采用受力分析法，這是力學問題的基本研究方法，也是通往獲得旋轉射流三維運動力學方程的必經之路。雖然，由此獲得了三維運動的控制方程，但是方程仍然需要子模型的支撐，或者可以這么說，到此，就像建筑僅僅解決了設計問題，而使其完成建筑工程的是支撐三個力學方程的具體實現。后者，恰恰是借助了前人的基礎工作——關于旋轉射流流場特性、卷吸系數等經典研究結果到這一研究之中——從而最終使得研究得以貫通。

這一旋轉射流基礎特征問題的理論模型，不僅對于深刻認識旋轉射流的流動物理規律具有基礎理論意義，而且可為工業燃燒器的良好設計與運行提供理論指導。因為模型反映整體特征，因此，其形象性也十分有利于教學。

突破煤粉直流燃燒器射流預測難題

世界各國火力發電鍋爐主要為煤粉燃燒，煤粉鍋爐中，采用直流燃燒器和旋流燃燒器兩種方式。在我國以直流燃燒器四角布置方式為主。由于爐膛組合射流的復雜性，數十年來，國內外基礎的射流理論沒有發展出適用于煤粉爐燃燒器射流相互作用的實用性理論，而無法對燃燒器射流工況進行科學預測，造成鍋爐燃燒器射流設計至今仍然主要依靠相似模化試驗的現實。由于理論的滯后，導致國內外一些電廠鍋爐由于偏離設計煤質引起鍋爐燃燒不穩定、結焦、甚至滅火現象發生，嚴重影響機組運行的安全性與經濟性。而近年來，對鍋爐燃燒NOx排放實施環保標準，也對燃燒過程提出了更高的要求。盡管最近幾年，計算流體力學的商業軟件CFD逐漸應用于鍋爐爐膛的流動、燃燒與傳熱計算，使得鍋爐射流空氣動力學獲得較快的發展，但是，其基于偏微分方程組在數百萬個網格上的離散求解方法、昂貴的商業軟件平臺運算條件、熱態計算耗時數十小時的復雜性，限制了其成為工程技術人員的日常工具。究竟能否找到這一復雜而重要問題的簡化理論，使其理論過程透明化、工程應用簡單、實用化，在經過十多年教學積累后，2001年，繆正清開始嘗試這一理論的攻關。

憑著扎實的數理基礎和對直流燃燒器射流本質的認識，他把研究集中在燃燒器區域的射流上，并提煉出三個物理模型：射流相互撞擊作用模型、燃燒器區域殘余旋轉氣流作用模型和同角射流組兩側補氣條件差作用模型。同時，他認為這一區域的射流，在相互作用之前，射流特征明顯，因此，理論上可以對射流采用集總參數法，將射流的沿途動量集中到射流的中心線上，這樣，射流微元段的動量方向與軌跡的切向重合，從而把研究射流空氣動力學轉變為研究射流中心的空間軌跡問題。他在直角坐標系內建立了射流微元段在三個坐標軸方向的動量微分方程，通過射流微元段的動量方向與軌跡的切向重合關系，最終建立起了射流軌跡的非線性常微分方程。微分方程采用離散數值求解后用三維顯示軟件將解轉變成直觀的空間圖像。近200個方程、每個方程自變量近百個離散節點數的計算，也只需1-2秒時間。這一研究從理論模型構建、修正到模型程序化繆正清花了3年時間。依靠這一理論，可以預測一次風(煤粉風射流)與二次風(空氣射流)燃燒器射流軌跡，借此也發現了一大批鍋爐存在一次風不同程度刷墻的實際運行工況，并可籍此說明，鍋爐煤質變化后可能出現的燃燒效率差、燃燒不穩、滅火、結焦、高溫腐蝕、甚至鍋爐爆管等問題的空氣動力原因。也可以用來進行燃燒器射流組織的設計、防止前述問題與事故的出現。

在此基礎上，繆正清開發了切圓燃燒鍋爐爐膛組合射流全三維運動軌跡模擬軟件(TFJT)，并在美國原CE公司90年代切圓鍋爐燃燒技術CFS-I型、CFS-II型基礎上提出了新型的CFS-III型燃燒技術，克服CE技術火焰近壁燃燒引起結渣與高溫腐蝕傾向的缺陷。這一燃燒診斷理論與燃燒組織方式對于鍋爐燃燒器運行優化與技術改造具有很大的指導作用和實用價值。2003年以來，在他負責的20多臺100MW—300MW電站鍋爐的燃燒器改造工程中，每一臺鍋爐從改造前爐膛空氣動力工況的診斷到燃燒器整體格局的調整，都應用了這一理論模型及其軟件的預測，徹底改變了以往燃燒器改造只能作局部微調，而不敢大動作改造的被動局面。在行業中，幾十年來有一種普遍的擔心，這就是：對燃燒器安裝角度的任何微小改動都將給爐膛運行工況帶來極大的風險。而他及其改造團隊依靠理論的預測，充分控制了改造的風險，對于20多臺電站鍋爐的改造根據需要都作了較大幅度的燃燒器射流方向的改造。改造取得了良好的效果。他說，電站鍋爐改造只能成功，不能失敗。一臺電站鍋爐改造的成敗給發電企業帶來的影響是正負幾個億。是理論給他從事高風險的工作壯了膽撐了腰，也讓他更堅定了走工程難題理論探索方向的信念。

破解循環流化床氣固兩相流經典難題

當今大型循環流化床鍋爐已走向技術成熟階段，發展大容量、高參數（超臨界）循環流化床鍋爐已經成為潔凈煤技術發展的主要方向之一。但是循環流化床技術的成熟就像煤粉爐發展所走過的道路一樣，必然有賴于基礎理論研究的支撐。

循環流化床這一先進與環保的燃燒方式，是從化工流態化的研究中轉化而來，其基礎研究已有近百年的歷史，在鍋爐中的應用也已40多年。但是，由于氣固兩相流動的高度復雜性，即使不計計算成本，要尋找到基于復雜的本構偏微分方程組至今都極為困難，因此，導致循環流化床兩相流動基礎理論研究的進展仍遠遠落后于工業技術發展的現狀。

鑒此，繆正清長期關注循環流化床鍋爐爐內氣固兩相流動特性的研究，并在積累多年的理論思考之后，于2002年著手嘗試循環流化床鍋爐重大理論難題——循環流化床鍋爐主床空隙率分布及其靜壓分布預測的理論。

一如他以往的研究，他并不沿著前人的研究思路走，而是像他從事教學工作一樣，從最基本的現象出發，最基本的物理分析入手。他說這是最正規的研究方法。這一研究方法得益于多年的教學。他認為，經典教科書是對科學史上有重大影響的重要基礎研究工作最精要的凝練，因此，教材表層是知識，深層含方法。教材也是科研最好的范本，切不可輕視。力學問題的研究可謂廣大無邊，不可勝數，但是，力學研究共同的方法，離不開受力分析與牛頓定律。大學物理的處理方法，表現為從微過程出發，并采用微積分。

因此，當繆正清面對循環流化床內氣固兩相流這一世界性學術難題時，他緊緊抓住了隔離體受力分析法——對這一方法的理解與重視，他說要特別感謝他的中學物理老師錢景珊、孫坤保等先生(前述射流力學、集箱流動分配等涉及力學問題的解決他也都以此為分析的切入點)。他基于循環流化床內顆粒運動的環核結構，提出了一維分相、分區微層控制體氣固兩相流動物理模型，根據受力分析與最基本的牛頓第二定律分別建立了微層內顆粒相和流動氣相的力學方程。進而，透過量級分析發現，流動氣相方程與顆粒相方程總體上分別呈數量級懸殊(相差三個數量級)的小量級方程與大量級方程，小量級的氣相方程中還存在著大量級項差構成的對小量級項的影響。同時發現，流動氣相方程屬于計算數學上的“病態方程”——巨量級變量差等于微量級變量的方程、而不能直接采用計算機差分求解的疑難問題。由此，他發現了以往學術界種種直接求解該方程的努力無果的癥結。國際流態化專業領域里將此列為“復雜性問題”也與該問題的長期無解有關。

從流態化問題提煉出微分方程后，又看出其中包含的數學難題，繆正清說他是突然想起了16年前他的研究生計算數學老師鄧建中教授在課堂上講授的病態方程概念及其處理方法。后者即為，要么把巨量級變量差轉變成兩個微量級變量之和，要么把巨量級差轉變成兩個微量級變量之差，這樣的方程在通過差分化后用計算機進行求解時，算法才是穩定的，否則，即使是高精度的計算機也無法求解這類“病態方程”!

沿著數學方法指引的變通之道，開始回歸到尋找轉變物理方程的出路。繆正清結合氣固兩相流物理分析，將氣相方程中大量級差直接用小量級的余項表示。后者又引進流態化領域著名的Lewis 壓差公式的形式，其中的特征量——虛擬顆粒直徑通過顆粒濃度分布的極限狀態分析及其另一著名的King 公式間接確定。

經過三年高頻度的反復探索，他終于基本摸清了循環流化床氣固兩相作用的復雜力學機制，建立了基于分相動量方程的循環流化床空隙率軸向分布理論模型，從理論上解決了以往只能通過實驗數據擬合才能得到的循環流化床空隙率軸向分布和爐膛靜壓分布。這項研究解決了困擾國內外學術界數十年的循環流化床鍋爐技術中的一項關鍵理論。論文研究與寫作經不斷完善，于2010年始發表，前后持續9年之久。該理論不僅獲得實驗的驗證，同時也在大容量循環流化床鍋爐實爐改造工程中獲得應用與檢驗。

在循環流化床鍋爐這一重要的研究方向上，他還研究了風帽、U型回料閥、爐膛磨損等方面的科學問題，理論上都有新的發現。《組合循環流化床鍋爐》2005年獲得國家發明專利授權，其沿著爐膛高度的多級凸臺結構因具有較好的防磨作用，現已得到工業應用。

他說，學術之本在質量而不在數量，我們國家最大的優勢是龐大的科研工作者數量，所以，我國科研工作者的學術態度應該更加重視學術質量。因此，盡管他研究多個方向，但是盡量把發表論文數量壓縮到最少。他說，這種保守的觀點傳承來自他的老師。

致力國家鍋爐燃燒改造

隨著鍋爐的大型化和對其安全、高效、環保性能要求的日益提高，人類不停地在開發鍋爐技術與開展鍋爐基礎理論研究。從理論上攻克專業難題是繆正清一直堅持的夢想。由于這一條路比較崎嶇，因此，能否攻克、多長時間能夠攻克在研究過程中具有很大的不確定性，但他相信堅持就有希望。他的理論研究多屬于非計劃的自由探索，而這種研究方式與現有的考核要求之間有很大的差距，但他無怨無悔。

伴隨著一系列專業理論研究的突破，繆正清也一直致力于進行我國鍋爐的改造工程。在工業鍋爐燃燒改造中，他對工業鍋爐爐拱強化燃燒進行技術設計與改造，自1985年以來主持2-40t/h鏈條鍋爐爐拱技術改造數十臺；在電站煤粉鍋爐燃燒改造中，2003年以來他主持了20多項125-300MW鍋爐結焦、著火不穩、連續發生嚴重滅火保護動作(MFT)的燃燒系統診斷與燃燒器改造項目，為相關電廠解了燃眉之急；在電站循環流化床鍋爐燃燒改造中，2005—2006年他主持了當時國內最大的2臺國產470t/h循環流化床鍋爐燃燒系統改造方案研究，成功地實現了兩爐的長周期穩定運行，其中他提出的循環流化床兩相流預測理論、編制的軟件與開發的風帽技術在大型循環流化床技改中發揮重要作用；所主持重大技改項目的成功贏得了良好的社會影響。

對于繆正清的一系列研究工作，他的博士學位指導老師、西安交大前校長徐通模教授作出了如下評價：“針對鍋爐技術中廣泛采用的各類組合射流流動及集管內流動的科學問題，從建立基本物理數學模型著手，進行了深入、系統、完整的理論研究和部分科學實驗，取得了豐碩的理論成果。對鍋爐燃燒組織及預測、燃燒器設計及復雜集管流動的組織、管路系統結構設計等有極重大的理論指導意義和工程實踐價值，特別對大型鍋爐的安全運行有重大價值。”

上海交通大學田子平教授也對繆正清的科研工作給予了高度評價：“繆正清在研究工業鍋爐燃燒的強化、電站鍋爐燃燒器組合射流力學模型與模擬軟件、建立燃燒診斷理論與燃燒組織方式等方面，將經典理論方法運用自如，取得一系列成果。采用同樣方法, 還摸清了循環流化床氣固兩相作用的復雜力學機制，從理論上解決了流態化領域里的一項重大學術難題，為循環流化床鍋爐的設計和燃燒組織及預測打下重要理論基礎。”

西安交通大學85歲的資深教授許晉源先生是繆正清碩士與博士階段氣固兩相流與燃燒學課程的老師，他也一直關注著繆正清的研究工作，他說“繆正清研究的多個問題屬于鍋爐技術領域里的重大理論問題。繆長于流體力學，未來的工作更值得期待。”

鑒于計算機通用數值模擬方法在處理復雜專業問題時具有的廣泛優勢，因此，繆正清也十分重視這一現代研究方法，在他近十年先后指導的20多名研究生中，大多采用這一方法開展研究，也取得了不少有價值的研究結果。

科研教學兩不誤，除了做科研，繆正清20多年給本科生上課。他堅持教學與科研相互促進。談到對于研究課題的選擇，繆正清認為，學術的重大意義與問題的難度直接相關，必須選擇高難度課題進行攻關，一時解決不了也不要緊，放在腦子里慢慢想，終有一天會想出解決的辦法。學術研究最好能突破前人，否則沒有價值。學術研究就像捉迷藏，很多難題長期無解，常常是沒能找到好的處理方法。

業余時間，繆正清喜歡看各種各樣的人文書籍，對中醫學、古文字學、古代中國哲學、古代中國文物藝術等有著濃厚的興趣。他說通過擴大讀書面，不僅可以增長知識，還有可能學到新的思考方法。

他深信馬克思的一句名言“在科學上沒有平坦的大道，只有不畏艱險沿著陡峭山路攀登的人，才有希望到達光輝的頂點”。他深知科研工作者肩負著國家的重托、寄托著人民的希望，因此，不但要有堅強的意志還要有過硬的基本功。他無數次走進課堂，也無數次走進工廠，每到一處，他都認真吸取營養，深感那是強大的后盾、力量的源泉和勝利的保障。沿著這條路，他將繼續前行。

來源：科學中國人 2013年第12期

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