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陈林:七十载时光不语 致敬光荣的传热人

日期:2026-09-09

一、开篇

早在1956年,中国科学院动力研究室(工程热物理研究所前身)成立伊始,在吴仲华等老一辈科学家领导下,传热传质便成为工程热物理学科的支柱方向之一。

老一辈传热人秉持“科技报国”的坚定信念,在不同的历史时期总是紧密结合国家重大时代需求、探索国际前沿,完成了多项重大科研任务,在多个细分领域起到开创性作用。一代代传热人的研究成果广泛应用于实践领域,生动践行“将科研成果写在祖国大地上”的宗旨。他们培养出大批人才,奠定了我国传热传质学科最初的基础。

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吴仲华(前排中),葛绍岩(前排左1),马同泽(后排左2),王幼纯(前排右1)

二、时代回忆

20世纪50年代,在中国科学院动力研究室先后成立原子能研究组和传热及太阳能利用研究组,张林葳、葛绍岩先后担任组长。1960-1970年代,闵桂荣、葛绍岩、马同泽等科学家活跃在传热研究的第一线。1980-1990年代,在葛绍岩、马同泽等人带领传热方向在工程热物理研究所成立第五、六研究室和后来的第三研究部。新千年前后,刘登瀛、陈焕倬等主持了超急速传热传质、新型干燥等前沿研究。世纪之初,赵耀华等在超常传热传质研究部继续突破微尺度强化传热传质理论和技术。唐大伟、淮秀兰、曲伟、姜玉雁分别带领团队在传热领域开展了微纳尺度热测量、高效紧凑换热器、热界面材料、先进热管技术和超临界流体传热等前沿研究,在突破原始科学技术的同时抓住机遇取得了一批产业化落地成果,奠定了今天传热传质研究中心的基础。

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中心科学家出席1997年首届微尺度传热国际会议

(右起:陈刚院士、过增元院士、郑平院士、郑平夫人、Manfred Groll、张正芳、刘登瀛)

三、忙碌充实的身影

“两机”需求牵引、气膜技术填空白

为了获得更高的推重比,燃气轮机和航空发动机(“两机”)的气流温度越高越好,但叶片材料耐温有限,须采用高效冷却技术使叶片温度降到合理水平。1964年,相关部委向中心提出了合作开展航空发动机燃烧室火焰筒的气膜冷却研究需求。老一辈传热人立即启动工作,在1966年便建成了国内第一个气膜冷却平板实验台。1968年葛绍岩、刘登瀛等人完成了我国第一篇气膜冷却实验研究报告,填补了我国气膜冷却研究的空白。

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气膜冷却平板实验台(1966)

相关研究在1970-1980年代获得了延续,并陆续解决了中央有关部门提出航空发动机的延寿攻关、工程冷却预测技术开发等重要任务。1981年,“气膜冷却平板换热系数的实验研究”和“七孔气动探针的研制”两项成果获得中国科学院科技成果三等奖。1988年,“气膜冷却的基础理论和实验研究”项目获国家自然科学四等奖。至今,工程热物理研究所持续在“两机”领域创新冷却方法和技术,相关研究仍然在紧锣密鼓地开展。

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气膜冷却平面叶栅实验台(1974)

国内第一根、热管立新功

热管是一种基于内部液体相变和蒸汽流动进行传热的高效导热设备,其等效热导率可达金属的几十到上万倍,被称为“近热超导体”。中心科研人员于1965年开始收集、翻译和介绍国外热管研究资料,当年5月起,闵桂荣等开始参加东方红卫星项目工作,承担卫星温度控制及热试验等任务。1970年,成立了我国第一个热管研究组并研制了工作于600-800℃的高温钠热管,用于同步卫星的电源的辐射排热系统。

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热管实验台

当时高温热管的资料极少,其制作和实验又复杂而危险。热管研究组克服困难,在1972年制备出我国第一根高温热管并测试成功。相关工作被《力学情报》刊载介绍,这也是国内最早公开报道的热管研究工作。

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热管及其测试

1978年,“热管的研究和应用”项目获全国科学大会“重大科技成果奖”“中国科学院重大科技成果奖”。1985年,“碳钢-水热管和换热器及其余热回收中的应用”项目获国家科学技术进步奖二等奖。同年9月,“碳钢-水热管空气预热器及钢-水热管相容性”研究获中国科学院科技成果一等奖。

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第一根高温钠热管测试照片(1972)

中心针对性开发了高温钠热管、碳钢-水热管等系列技术和产品,并转让与国内数十家科研与企业单位,获得了广泛应用。热管相关研究(包括微热管、均热技术、核排热技术等)在工程热物理研究所延续至今。

极限条件传热、不断挑战最前沿

传热的极限在哪里?是传热领域最多提及的问题之一。探索前沿,追踪和超越传热的极限,一直是工程热物理研究所传热领域人不断追求的目标。

1979年,“强化传热”研究方向正式成立研究小组,在极为有限的工作条件下针对航空发动机相关部件强化传热技术开展攻关,为缩小国产装备与当时世界先进水平差距作出了突出贡献。1988年,“强化传热及高温燃气轮机透平叶片强化冷却研究”获得中国科学院科学技术进步三等奖。1992年,“复杂几何通道内的流动特性和强化传热的研究”获中国科学院自然科学二等奖。

1998年起刘登瀛等承担了“超急速传热传质的基础研究”重大项目,在短时间内突破了多项测试国际难题,在国际上首次于室温条件下测得了多孔体在超急速加热下的非傅里叶效应,专家组一致认为达到国际先进水平。

在这种不断突破前沿的科学精神指引下,传热人前赴后继,将新的理论成果不断推向前沿系统工程和产业应用。前期开展的“空气冷凝器强化传热技术与高效换热器”“原表面全逆流式热交换器”等成功探索,为延续至今的高温铅铋合金液态金属与高压氦气换热、工业干燥和余热利用系统、MW级超临界二氧化碳发电系统换热、极限条件传热测量、印刷电路板换热器(PCHE)等研发铺就了笃实攻坚和持续突破的基础。

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爆发沸腾实验室和实验台(1998)

四、看今朝再启新程

当前,中心紧密结合国家重大需求,集中于超临界二氧化碳工质循环新体系与装备、具身智能热材料与技术、先进算力热管理等研究方向攻关。中心目前有职工和学生共计70余人,近5年累计获得百余项国家和地方重大项目支持,完成了一批示范试点工程,相关成果连续发表在Nature 子刊等,科技成果不断转化落地,赢得可喜局面。

中心先后建成当时国内首个且综合参数水平最高的“双回路全温全压超临界二氧化碳(SCO2)换热器综合测试平台”(2018)、“MW级超临界二氧化碳压缩机实验平台”(2018)、“大型低温相变循环实验装置”(2022)、“热功能材料物性测试平台”(2025)、“超/跨临界复合介质循环传热试验平台”(2025)等。2022年以来,在中国科学院稳定支持青年团队项目支持下,中心针对超临界CO2能源动力循环实用化关键课题,牵头组织院内单位开展协同研究,在基础临界点理论、非平衡压缩膨胀装备、灵活换热器热惯性消减等方面取得了一系列进展,并积极推进30MW级商业应用示范。

针对高性能算力和工业余热利用,中心研制了低成本SFO/SAO吸附制冷材料,开发了10-400kW级先进吸附式制冷机组并实现商业应用,订单超千万元。针对具身智能热管理需求,中心研发了定向导热材料、自修复材料等,实现产业化公司(南京基地)营收超千万元。

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双回路全温全压SCO2换热器综合测试平台(2018)

五、结语

从1956年至今,工程热物理研究所传热传质研究中心(及其前身)已书写了近七十年的发展历程。作为我国最早的传热传质研究部门之一,作为与新中国工业建设和新时代科技发展同呼吸共命运的重要学科阵地,中心有着太多的峥嵘记忆,也从未忘却身上承载的荣誉、责任和国家需求!

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主办2024超临界二氧化碳动力循环与多能互补系统国际会议

老一辈传热人的家国情怀,求真钻研、吃苦耐劳的精神,以及无私提携后辈的传统是我们无比宝贵的精神财富。回顾中心前辈们的成绩,更感当代传热人的历史责任。我们当前正站在新的历史起点上,响应新时代召唤再启新程,不断努力开拓传热传质前沿、不断抢占领域国际高点!