本刊記者 蕭 宇

趙耀華：傳熱傳質，傳創(chuàng)新與產業(yè)化“心經”

本刊記者 蕭 宇

可能很少人知道傳熱傳質學的確切定義。事實上，這是一門專門研究熱質與能量傳遞過程及其規(guī)律的科學。隨著生產技術的快速發(fā)展，傳熱傳質學已經成為一門理論體系初步完善、內容不斷充實、充滿活力的主要的基礎科學。從日常生活的燒水取暖、計算機散熱到原子能的利用、航天器的熱控等等，幾乎所有領域都涉及到傳熱傳質學，諸多重大的科技進步都需要傳熱傳質技術的支持。眾多的現實需求極大地推動了傳熱傳質學的發(fā)展與進步，與此同時，新能源技術、節(jié)能減排、先進制造技術及新興科學技術的快速發(fā)展亦使傳熱傳質學不斷面臨著全新的挑戰(zhàn)與難關。

在傳熱傳質學領域奮戰(zhàn)多年，正值不惑之年的趙耀華教授在內心里堅定了一個信念——走技術創(chuàng)新及產業(yè)化之路。作為北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設備工程系主任，作為傳熱傳質學領域的知名專家，他時刻保持著冷靜的思考和奮進的姿態(tài)。

科研攻堅，創(chuàng)新是無堅不摧的利劍

創(chuàng)新是科研的靈魂和關鍵。對于科研創(chuàng)新，趙耀華教授有自己的深刻見解：“搞科學研究，要具備扎實、寬廣的理論基礎，善于抓住某一個關鍵點，大膽開展創(chuàng)新?！倍嗄陙?，趙耀華教授不僅在傳熱傳質學基礎領域卓有建樹，而且在技術創(chuàng)新上，尤其是在將基礎研究成果用于國家重大技術需求領域方面始終不遺余力。從計算機芯片、LED散熱到太陽能的高效利用等許多現代高科技領域，趙耀華教授的技術與身影隨處可見。

微電子器件的散熱問題研究是趙耀華教授最早切入的技術開發(fā)領域。從早期的射流沖擊主動式散熱技術到中期的微槽群相變散熱技術，直到后期的微熱管陣列技術，這一技術的發(fā)展經歷了三級跳，也跳出了實實在在的能真正產業(yè)化的新技術。射流沖擊主動式散熱技術受到諸多條件的限制，大多數設備上難以使用；微槽群相變散熱技術中的回路熱管技術由于系統體積大、焊接部位過多、受蒸發(fā)與冷凝部位的方位限制等，系統可靠性很低，實驗室可以很好的演示，但難以產業(yè)化使用。早在旅日期間，趙耀華教授就投入大量的心血和時間開發(fā)出諸多喜人成果，特別是微熱管陣列技術的成功，使他拿到了真正解決高熱流密度散熱與高效熱傳輸問題的金鑰匙。

我國的太陽能資源非常豐富，太陽能光熱產業(yè)擁有廣闊的發(fā)展前景。然而，縱觀國內外市場上的太陽能熱水器產品，趙耀華教授發(fā)現，僅有的真空玻璃管和傳統平板式兩種產品在可靠性、承壓、抗垢以及適用時空等方面上存在著多種多樣的固有缺陷。

針對這一難題，趙耀華教授大膽探索，將平板微熱管陣列技術創(chuàng)新應用于“新一代高效平板式太陽能集熱技術及熱水器”，基本上克服了目前市場上所有真空管式與普通平板式太陽能熱水器的缺點。國家太陽能檢測中心檢測結果表明集熱效率的絕對值提高了20%以上，目前該技術與產品不僅在國內產業(yè)化，且已通過出口關鍵部件及技術許可的形式進入日本、歐洲和南美等國際市場。

其實，平板微熱管陣列技術是微尺度傳熱傳質、相變傳熱傳質及微尺度內高壓條件下復雜流動等基礎理論及材料與加工及封裝工藝等相結合復雜綜合應用技術，亦是國際上正在重點攻克的技術。當然，由于此項技術在國際上處于獨一無二的獨占狀態(tài)，因而處于國際領先水平，擁有廣泛的市場需求和工業(yè)化前景，具有重大的經濟效益和社會效益，將對我國能源的高效利用和清潔能源開發(fā)、高性能計算機、空間技術、信息技術等領域的進步做出開拓性的貢獻。

太陽能光伏發(fā)電中的熱問題是嚴重影響廣泛產業(yè)的重要問題。將微熱管陣列用于太陽能光伏電池的高效散熱及熱電聯產，不僅可提高20%以上的發(fā)電效率，還可實現40%左右的熱利用效率，趙耀華教授的技術實現了這個目標，而成本只增加6%左右，毫無疑問，這一技術必將推動太陽能光伏產業(yè)的發(fā)展和進步。

將微熱管陣列平板熱管用于大功率LED的散熱，可以解決目前鋁基板加翅片散熱方法無法克服的技術瓶頸，且可以極大減輕照明燈具的重量和降低成本（包括封裝成本及散熱器成本）。目前，該技術產品已批量出口日本等發(fā)達國家。

微電子器件散熱的終極技術也將會是二維或三維微熱管陣列技術。這也是趙耀華教授的專利和正在產業(yè)化的產品。

可以說，從用于日常生活的取暖設備、換熱器等，到航天器的熱控問題，趙耀華教授的技術都有極大的應用前景。

由于卓越的技術創(chuàng)新成果，和趙耀華教授共過事的人包括國際知名專家學者，幾乎無一例外的都評價他思維極為敏捷。而趙耀華本人則不這樣認為，他說，自己只是在專注的問題上能長時間、多方位、深入的思考。眾多的發(fā)明創(chuàng)造均得益于他雄厚的理論研究基礎、寬廣的知識面和敏銳的捕捉問題的能力。

沸騰傳熱的機理研究是趙耀華教授早年的一項重要理論成果。當時，沸騰傳熱，尤其是臨界熱負荷是一個極為復雜、又有廣泛應用價值的問題。雖已有大量的研究，但傳熱機理眾說紛紜，有的相互矛盾。針對這一問題，他首先從最新的可視化實驗結果出發(fā)，否定了著名的流體動力學不安定理論及厚液層蒸干理論，并從理論和數值計算上證明了三相接觸線蒸發(fā)或穩(wěn)定彎月液面的蒸發(fā)熱流密度只能達到臨界熱負荷5%至30%，因而證明出上述兩理論模型不可能解釋沸騰傳熱面上的具體傳熱機理。此后，他又提出了一個動態(tài)微液層蒸發(fā)模型。利用該模型，不僅能很好地予測出臨界熱負荷，而且能很好地予測出從充分發(fā)展的核沸騰到包括最小熱負荷在內的沸騰曲線，還解決了一系列前人還沒有解決的問題。比如：液體接觸角及微重力對傳熱的影響；高速加熱過程所出現的由非沸騰狀態(tài)到膜沸騰的直接遷移；過冷沸騰臨界熱負荷；窄空間沸騰臨界熱負荷……可以說，動態(tài)微液層蒸發(fā)模型是各種沸騰傳熱現象的一個統一理論，對沸騰傳熱學產生了深刻的影響。

再接再厲，勇創(chuàng)佳績，是趙耀華教授多年實踐的真實寫照。在射流沖擊強化傳熱研究、微通道內流動和傳熱特性的研究、超常傳熱傳質領域、MEMS技術領域，溫濕控技術領域，新能源與節(jié)能技術的開發(fā)研究方面均取得了突破性進展。

趙耀華教授在光威能源科技公司的太陽能產品展示中心與西班牙客戶合影

產業(yè)化應用，經濟效益才是硬道理

產業(yè)化的碩果就是科技工作者信心的來源。自2009年開始南京光威能源科技公司將趙耀華擁有的具有自主知識產權的部分技術產業(yè)化，已經取得了良好的社會與經濟效益，目前正在朝大規(guī)模化、國際化發(fā)展。有了經濟效益的保證，趙耀華教授的產業(yè)化之路已經越走越寬。

談及產業(yè)化應用，趙耀華教授特別強調了知識產權保護的重要意義。他指出，知識產權的保護關系著科技創(chuàng)新的發(fā)展，關系著產業(yè)化的進程?，F階段，我國在知識產權保護方面的意識和措施還有所欠缺，這一現狀嚴重阻礙了產業(yè)的轉型，不利于公平競爭，不利于創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。“以前，我是做基礎研究的，產業(yè)化工作做得比較少?，F在，我體會到，科技工作者必須要有產業(yè)化意識，致力于推動產業(yè)化發(fā)展。”趙耀華的思想轉變發(fā)生在不斷探索和前進的過程之中。他還表示，知識產權的保護，就是對知識的尊重，不是一個人的事兒，也不是一天兩天就能解決的問題，需要全社會的共同參與，需要一個漫長的過程。他建議，國家有關部門能夠出臺科技成果的正規(guī)測評手段和方法，把那些真正對經濟社會發(fā)展有利的技術清點出來，不能盲目地聽某些人的“忽悠”。條件允許的話，應該通過行政手段大力推廣那些經過驗證認為可行的技術成果。“在現實中，我們見過太多個人、企業(yè)因為無法負擔人力、財力、物力，而導致新技術和成果被迫擱置的情形。這項工作做好了，我們產業(yè)化之路就光明了?！弊鳛橐晃豢萍脊ぷ髡撸w耀華教授善于發(fā)現問題，并坦誠地提出了自己的建議。

在實踐中，趙耀華教授已經取得了寶貴的經驗。由他主導的南京光威能源科技公司目前的主要研究項目為太陽能熱水工程以及太陽能熱電聯產項目。其中，前者技術已經很完備,擁有具有自主知識產權的微熱管專利太陽能集熱板。而熱電聯產是新項目，其目標是研究開發(fā)高效太陽能光伏電池板散熱系統及其高效熱電聯產系統，利用具有完全自主知識產權的專利技術—微熱管陣列超導熱平板對電池背板進行冷卻，將通常光伏電池的年平均光電轉換效率相對提高15%-30%左右，還可防止電池板過熱，延長電池板的使用壽命，同時，實現40%左右的電池板廢熱利用，供應40-43℃左右的熱水，可直接用于地板輻射采暖、空調供暖以及生活熱水供給。如果將發(fā)電效率的提高及熱水利用的經濟效果合并計算，相當于使太陽能光伏發(fā)電的綜合成本降低近一半，將會極大促進太陽能光伏產業(yè)的普及?？梢哉f，該技術既是使我國硅晶太陽能光伏發(fā)電技術升級的重要技術，同時又是使新型薄膜非晶電池對太陽能最有效利用的世界先進技術，具有難以取代的作用，有著不可估量的經濟和社會價值。

產業(yè)化要想真正取得長足發(fā)展，需要企業(yè)、科研工作者的雙重努力，趙耀華越來越清醒地認識到了這一點?！捌髽I(yè)搞產業(yè)化是滿腔熱情的，但是人家拿了資金出來，地方也安排出來了，技術拿到手后卻經營不起來，對他們是重大的打擊啊?！壁w耀華語重心長?！八?，我們作為科研工作者就要改變意識，不能想當然地做事情，光考慮自我價值的實現，不考慮企業(yè)的經濟效益，要想企業(yè)之所想，拿出響當當的東西來。”

目前，趙耀華教授的多種專利技術與產品已通過技術許可或直接銷售的方式走入了國際市場，實現了具有我國自主知識產權的技術在發(fā)達國家的許可使用和生產，為解決我國乃至國際上的一些重大的應用技術，如新能源與節(jié)能、先進制造領域的技術問題等提供了新途徑，具有重大的經濟效益和社會效益。以前，中國往往需要花費大量資金購買國外的技術許可，現在反過來將技術許可給國外，這就是中國科學家的價值所在，就是一個中國科學家引以為傲的自豪。

在豐碩的成果面前，趙耀華教授不斷地感謝北京工業(yè)大學為他提供了寬松的科研環(huán)境和良好的發(fā)展平臺?！霸谶@里，你不用為了生存去奔波，只要有好的想法，能研究和開發(fā)出東西來，就能夠得到相應的支持和鼓勵?！庇辛巳绱藞詮姷暮蠖埽w耀華做起事情來，底氣特別足。正因如此，他珍視自己作為北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設備工程系主任，節(jié)能減排研究所所長的使命，把人才的培養(yǎng)和團隊的建設擺在了工作的重要位置上。

只要不出差，他基本是天天泡實驗室，連休假都沒時間?！皠仗摰臅h我很少參加，務實的會議我參加完立即返回。這一攤子事兒，心里放不下??！”為了幫助年輕人盡快成長，他不斷地鼓勵他們開拓新的研究方向，為他們提供研究經費，勸勉他們切忌浮躁。經過幾年的建設和管理，目前團隊擁有中高級職稱核心成員7人，立足三個研究方向：高效傳熱傳質、可再生能源及節(jié)能技術領域，城市地下空間火災安全領域和智能化樓宇控制領域。

現在，趙耀華教授幾乎每天都要接待二、三撥客人，其中包括國內企業(yè)、投資商或國外客戶，大部分人都是慕名求教的。盡管工作繁忙，趙耀華教授從來都是認真、客觀、科學地幫助企業(yè)解決難題，并且從不要報酬。對他來講，追求經濟效益不是目的，科學家的價值在于如何為社會做貢獻。

除了科研攻關和團隊管理，趙耀華教授還在積極沉淀自己的技術成果。他要把自己多年在傳質傳熱技術領域的成果結集出版，為這些技術的傳播和推廣多做一些工作?！耙院?，爭取每年取得5到10個專利吧。”趙耀華教授還是那么輕描淡寫，還是那么謙遜，并一再地向記者解釋：“這是自己的一個目標，有可能多了，有可能還達不到?！彼旖悄球\的笑容，讓人心生溫暖與敬佩。

“天下興亡匹夫有責?！弊鳛檗r工黨中央教育工作委員會會員，趙耀華并沒有沉浸在個人的小圈子里，他的視野定格在全球，定格在全國。只要有機會，他總是積極地為國家的發(fā)展建言獻策。

潮平兩岸闊，風正一帆懸。趙耀華和眾多科技工作者一起，把自己的全部時間和精力都交給了工作，用以換取科技事業(yè)發(fā)展的光明未來！

專家檔案：趙耀華，現任北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設備工程系主任，北京工業(yè)大學節(jié)能減排研究所所長，曾任日本九州大學助教，東京大學特別研究員及九州工業(yè)大學副教授。2000年12月，入選中科院工程熱物理研究所“百人計劃”，任研究員及傳熱傳質研究部部長。多年來，先后發(fā)表學術論文200余篇，專利50項，培養(yǎng)碩士40余名，博士10余名。