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郑平:聚焦传热研究的探索者

记中国科学院新增院士郑平

  上海交通大学机械与动力学院郑平教授,是今年中国科学院的新增院士。

  郑平早年毕业于美国俄克拉荷马州立大学,先后获得美国麻省理工学院硕士学位和斯坦福大学博士学位。他长期从事多孔介质传热、辐射传热和微尺度传热三个截然不同传热学领域的基础研究,及其在地热能源的开发、航天热控、燃料电池性能的评估、微电子芯片冷却的应用研究。

  郑平曾任美国夏威夷大学机械系主任和香港科技大学机械系主任,并曾获美国机械、航天、化工三大工程学会颁发的四项传热学最高学术奖,其中包括“马克杰可纪念奖”。他是目前唯一囊括工程热物理学最顶尖四项国际大奖的华裔学者。2009年,还获得了“上海交通大学校长奖”。

  在上海交大闵行校区,同学们几乎每天都能看到这位精神奕奕的教授到机械与动力工程学院办公。郑平至今仍潜心一线做科研,把大部分时间花在了指导学生做实验上。

  乒乓球与辐射传热新理论诞生

  很少有人会想象到一个辐射传热数学模型的诞生竟然会和乒乓球有关,就像当年郑平在美国斯坦福大学攻读博士学位时,学者们并未将中子传输原理与辐射传热联系在一起一样。

  然而,这个重要辐射传热数学模型的诞生的确与乒乓球有着很大关系。据郑平院士回忆,他在美国斯坦福大学读博期间,中午喜欢找一位同学打乒乓球。有一天,他去找这位同学打乒乓球时,正巧这位同学不在寝室。这位同学的室友告诉他,可以在寝室看看书等一下。于是他随手拿起书架上一本《中子传输》的书随便翻看。突然, 一个念头出现在他的脑海:“辐射传热问题与中子传输似乎有点相似,是否能用中子传输的数学理论来研究辐射传热问题?”

  当时还没有人把这两者联系在一起,正由于小小的乒乓球和这段偶然的经历,使他得到灵感去探索其中的联系。后来,郑平教授将中子传输的理论应用于辐射传热的研究,建立了被传热界称为“微分近似法”的多维辐射换热模型,该模型至今仍为热辐射和对流耦合传热问题最简化的数学模型,应用于航天热控的设计。因为这一数学模型及其后在其他航天热控的研究成果,郑平获得美国航天航空学会热物理奖。

  挑战国际最前沿

  2003年起,郑平在上海交大先后担任工程热物理研究所学科带头人、所长和名誉所长,创建了微流与热控研究中心,组建了可持续发展的研究团队,从事最前沿的微尺度传热传质及其在微热流器件的应用。

  郑平8年多来连续主持了多项有关微尺度传热的国家自然科学基金重点项目以及上海市科委基础研究重点项目,发现微通道中的奇异流型和独特传热规律,应用于芯片冷却和微换热器的设计。相关研究成果获得上海市自然科学一等奖和国家自然科学二等奖。此外,他培养的吴慧英教授获得国家杰出青年科学基金,培养的博士生王国栋获得上海市优秀博士论文奖和全国优秀博士论文提名奖。

  郑平进行火山与地热能源的研究。美国夏威夷州是处于太平洋的火山地带,时有活火山爆发,有丰富的地热资源。郑平在夏威夷大学任教期间,开始从事多孔介质传热理论及其应用于地热能源的预测和开发。在长达30余年间,发表了系列多孔介质传热理论,奠定了该领域理论研究的基础。其后他把多孔介质传热理论拓展到燃料电池性能的研究。相关研究成果,获美国机械工程师学会颁发的传热学纪念奖和传热学经典论文奖。

  治学严谨,事必躬亲

  “郑平教授对待科学研究一丝不苟,学术态度极度认真,容不得有任何的错误,甚至到了苛刻的程度。”郑平的学生全晓军这样评价。因此做郑平教授的学生的确很“苦”。

  全晓军告诉记者,郑教授遇到问题一定会分析讨论得清清楚楚,审阅学生论文时更是体现了他治学严谨的态度和极强的责任心。从收到学生初稿的那刻起,他就仔细阅读学生的论文,从每一字每一句开始改起,甚至连标点符号及图表编号这样的细节都不放过。全晓军对此深有体会,论文从初始版本到最后定稿往往至少需要历经二三十版。全晓军介绍,曾经有一位博士生把他的论文交到郑平手里,从初稿到最终版,在未投稿前已经更改了七八十版,而根据审稿意见后又历经二三十次改动。这位博士生论文的每一个图、每一个数据都经过了郑平教授的严格验证,对比最初稿和发表的最终版,竟然“面目全非”,甚至认不出是同一篇文章。

  “虽然对学生要求严厉,但郑平教授在遇到自己不熟悉问题的时候却能虚心学习和耐心探讨,他灵敏的学术触觉往往能寻找到问题的突破口。”全晓军回忆说。有一次,郑平在和学生探讨一个问题时,误判了问题的机理。在学生回到工作室后,郑平马上就跟到了工作室,跑到那位学生面前重新对问题进行了梳理分析,并最终使问题得到完美的解答。

  惜时如金

  郑平教授既是学科带头人,还担任2份顶级国际传热期刊主编和其他12份国际期刊的编委。每天白天在交大工作没有午休,晚上在家工作到很晚。“在郑教授的时间中,似乎休息占得很少,一年几乎没有休假,为了给学生一点休息时间,每周日才不到学校上班,即使如此,他在家也是照常工作”。这就是研究生们眼中的郑平教授。

  跟随郑平教授多年的全晓军回忆说,郑平经常因为忽然有新的灵感,或者在外地交流接触到新的思维,会深夜起床给学生写电子邮件,第二天一早马上电话联系学生进行探讨。

  有一次,郑平暑假去美国度假,较长一段时间离开学生,但即便如此也丝毫没有放松对学生的指导。他经常从美国打来长途电话,询问课题进展。由于时差的关系,学生们接到电话往往惊讶地发现郑教授是在当地时间半夜或凌晨打来的越洋长途,原来为了尽量不打扰学生休息,他宁愿牺牲自己的休息时间,在学生们的工作时间与他们进行交流和沟通。

  言传身教,爱人如已

  郑教授虽然对待学生要求严格,但为人和蔼可亲,在学生们面前既是一位严师,又是一位令人尊敬的长者。他关心每一位学生的学习和生活。

  虽然事务繁忙,但这些在郑平眼里都不如学生的事情重要。他经常去学生所在实验室和工作室指导学生做实验,几乎每天询问学生研究进展,听学生讲述实验的进展及遇到的各种问题,每次都能认真对学生遇到的问题进行解答并与之讨论提出建议。学生们在白天任何时候都能在办公室找到他,和他讨论课题的进展。当学生的学术研究处于较重要过程时,他更是每天亲自去实验室指导学生,和他们讨论遇到的学术问题,一天去几次也是常事。

  有一次,一位学生需要开展激光测量实验,由于实验室没有相关设备,当听说其他地方有此类设备时,郑平立即派助手到相关实验室实地了解情况,在确定对方可以开展此类实验后,他又亲自前往进行商谈,最终帮助这位学生解决了实验问题。

  在生活上,郑平也非常体谅和关心学生。全晓军介绍,每年开学之前,新同学一般都会提前几个月到校,以便早些熟悉课题,开展实验。郑平总是关心地询问有没有住的地方?生活是否习惯?在关心学生科研工作的同时,也会关心学生的学业,尽量减轻学生的学业压力。郑平会定期组织课题组人员一起开学术研讨会,让大家汇报自己的进展并一起讨论,并实时地给予指导,督促学生的进步。

  郑平还是位充满爱心的人。全晓军说,2008年汶川大地震时,郑平虽然身在国外,但常常打电话给他,关注灾情,还立刻捐出了一万元。

  未来的研究将聚焦清洁能源和能源安全

  获知当选中国科学院院士后,郑平深知,未来的科研任务还很重。他已将未来的研究方向定位在与国计民生息息相关的清洁能源和能源安全领域上。

  郑平认为,一方面,我国人口众多,能源不足是我国亟待解决的问题。中国经济的快速增长,导致能源消费量远远大于能源供应量;另一方面是能源安全,它是国家经济成长的重要支柱,它直接影响到国计民生、可持续发展及社会稳定。日本福岛核泄漏事故更凸显核能安全的重要性,中国的核电站必须坚持安全第一、质量第一的方针,正确设计、高质量建造和按规范运行的核电站,其安全才保障。

  郑平表示,他将把自己的多孔介质传热、辐射传热和微尺度传热的理论及应用作进一步的提升,并将这些成果应用到核反应堆、核反应塔内部热量传导上,努力在我国核能开发和核电安全问题方面作进一步研究。

 

曹杰