多相湍流世界的科研前行者

孟小雪

金晗輝

多相湍流現象小至細菌病毒的傳播，大至云雨沙塵的跨國傳輸，浸透在我們日常生活的方方面面并覆蓋了幾乎所有的工業領域。多相流理論是能源、化工、制冷、航空航天、環境保護、生命科學等許多領域關鍵技術的理論基礎，在國民經濟的基礎與支柱產業及國防科學技術發展中有著不可替代的作用。

流體問題一直是業界廣泛關注的熱點，其中最受關注的就是湍流，而多相湍流中的第一個問題也正是湍流這個20世紀經典物理的世紀難題。但多相湍流又不僅僅是湍流，它關注的是湍流中不同相物質在運動過程中因為彼此間不平衡而引起的相互耦合作用特性。

在漫長的認識發展長河中，眾多流體力學家、物理學家、應用數學家為探索湍流乃至多相湍流運動的本質付出了巨大努力。“可是這么長時間過去了，問題依然還是那個問題。”浙江大學航空航天學院副教授金晗輝說。從事科研以來，對于多相流世界的好奇與求知一直在推動著他深入其中。經過多年探究，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驗。他說：“多相流中相物質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，他也在用腳踏實地的研究成果為我國的工業以及環境發展貢獻著自己的力量。

不斷挑戰，尋求人生新突破

人生中所有的經歷都是因果相連的，對于金晗輝來說，每一步的學習經歷都是生命的重要組成部分，是他人生的寶貴財富。

1989年9月，金晗輝以優異的成績考入湖南大學，攻讀機械制造學士學位。雖然這一專業并不是金晗輝的第一志愿，但他深知：機械是百工的基礎，所有的工程都少不了機械的基礎性作用。在不斷的學習中，機械研究基礎與設計理念也無形中為他今后科研工作的開展打下了堅實基礎。

大學畢業后，金晗輝還曾前往機械工廠工作了3年時間。但多年在工廠日復一日的重復性工作，讓他深刻意識到：這并不是自己想要的生活。拷問自己的內心，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的碩士研究生，在科學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治理研究，并通過不斷攻關，與研究團隊成功設計了大型的靜電噴霧車，不僅節省農藥，且對蝗蟲的殺傷力強大。在反復的實驗設計與測試過程中，金晗輝不僅提升了自己的科研實踐能力，且更加深刻地認識到：工科的學科之間是相通的，是互相效力、互相成就的，而這也無形中培養了他的多學科交叉思想。也正是在這個時期，金晗輝接觸到了高壓靜電場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鍵技術。在這一背景下，他看到了多相流體力學這個基礎學科廣泛的應用前景，更看到了其作為世紀難題的多相魅力——“隨機無形，流動萬象”。因此他決心深入到這一科研領域，繼續攻關。

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

創新不息，研究成果服務國家社會

路漫漫而求索不倦。在金晗輝看來，科學研究一直是一個主動探索的過程，在好奇心的驅動下，一步步探究現象背后的本質，應用各種技術手段來攻克問題。“如果沒有主動探索和思考，哪怕蘋果砸在牛頓頭上一千遍，他也發現不了萬有引力。”一直以來，金晗輝都十分享受這個過程，并從未有過一絲懈怠。

2002年7月，金晗輝正式在浙江大學機能學院、航空航天學院開展科研工作，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年前往美國康奈爾大學進行訪問研究，師從湍流燃燒研究的大師、美國工程院院士Pope教授，學習燃燒中概率密度函數理論。在潛心學習之余，他進一步將概率密度函數理論成功引入了多相流研究。在國家自然科學基金項目“煤粉湍流燃燒的LES-FDF數值模擬研究”的支持下，他首次系統建立了基于亞網格尺度的LES-FDF多相湍流燃燒模型；研究了大渦模擬中亞網格尺度渦影響下多相湍流擴散燃燒特性，為優化改進煤粉燃燒設備和運行參數，發展高效低污染的燃煤技術提供了理論基礎。

一直以來，金晗輝的科學研究始終緊貼國家戰略需求。面向發動機的湍流燃燒基礎研究，能很好地促進我國發動機研制技術的整體提升，對解決先進發動機問題的國家重大戰略需求具有重要意義。

金晗輝根據航空發動機的運行特性，結合自己在多相湍流燃燒領域的研究和調研情況，提出了針對略超臨界環境下的跨臨界效應對燃油噴霧氣液多相湍流燃燒過程的影響規律和特性進行研究，并得到了國家自然科學基金的支持。他希望能通過這一項目的研究，進一步拓展對略超臨界燃燒室內燃油霧化燃燒機理的認識，完善超臨界霧化燃燒理論，也為進一步優化和控制高功率燃油噴射發動機的燃燒過程提供理論指導。

“將科學研究深入到民生與社會中，才能真正做到將研究成果落地生根。”一直以來，金晗輝始終將此作為自己前行的動力。

可吸入細微粉塵已經成為破壞勞動者健康的頭號職業病殺手。早在2005年，金晗輝就開始關注大氣中可吸入懸浮顆粒物在空間的傳輸規律，以及在人體呼吸道內部沉積特性的研究。他在人體呼吸道內微細顆粒輸運沉積的大渦模擬研究引領了國際上這一領域的研究。對于室內環境基于微細顆粒輸運沉積差異性研究，也為有針對性地防控室內可吸入粉塵的傳播，減少乃至消滅塵肺病等粉塵污染引起的職業病提供了理論基礎和新的途徑。

針對水污染問題，他還參與了科技部水體污染控制與治理科技重大專項的研究，探究潮汐影響下錢塘江水動力作用規律及潮水作用下鹽度變化規律研究。研究成果不僅為錢塘江內飲用水的取水口附近水質變化提供了實時數值模擬預報，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，相關成果還獲得了2015年浙江省科技進步獎一等獎。

孜孜不倦，不懈奮斗的科研之路

在金晗輝看來，科學研究是沒有盡頭的。雖然在多年上下求索的過程中，他經歷的挫折無數，但金晗輝從沒有一刻想過放棄。對他而言，能通過科研探索，為我國的社會各行業發展做出貢獻，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。”金晗輝說。基于目前的科研方向，未來，他和科研團隊還將深入到更多與多相流交叉的領域中，現如今他已經與浙江大學附屬口腔醫院合作，在口腔的根管清洗中展開一系列結合研究，成果被推薦在美國物理學會的官網上。除此之外，腦神經海綿體懸浮在腦脊液中，腦脊液的流動以及營養物質的交換，會影響到神經的發育，金晗輝希望能通過這一領域的研究對腦神經科學的研究提供助力；2020年，新型冠狀病毒肺炎在世界各地爆發、蔓延，在這一現狀下，他也希望能夠將微細顆粒物的傳播與病毒傳播結合起來，摸清病毒在空氣中的傳播規律，進而為防控疫情提供支撐。

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

明目擴胸，竭力前行。金晗輝的科研創新之路仍未止息！