梁佳歡

利用騰訊會(huì)議與學(xué)生們進(jìn)行討論

隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展向更高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級(jí)，綠色、可持續(xù)和節(jié)能減排等核心技術(shù)支撐點(diǎn)亦上升到國(guó)家戰(zhàn)略的高度。從我國(guó)來(lái)看，節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)工作仍十分艱巨，尤其是在交通行業(yè)占有非常重要的位置；從國(guó)際上看，國(guó)際海事組織多年前提出的能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）計(jì)劃，在2020年和2025年將新設(shè)計(jì)船舶的EEDI分別提高20%和30%。

對(duì)此，北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院預(yù)聘副教授、特別研究員、博士生導(dǎo)師王恩華指出：“目前船舶動(dòng)力系統(tǒng)大部分是中低速柴油機(jī)，能效在50%以下，剩下的余熱能通過排氣、進(jìn)氣中冷、冷卻液和潤(rùn)滑油等被浪費(fèi)。船舶動(dòng)力系統(tǒng)在航行時(shí)基本處于穩(wěn)態(tài)工況，采用有機(jī)朗肯循環(huán)回收這部分余熱可明顯提高系統(tǒng)能效，降低污染物排放?！?/p>

其實(shí)，不僅是在船舶節(jié)能方面，多年來(lái)，王恩華的研究方向主要還聚焦在中低溫動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)熱流體流動(dòng)與燃燒模擬，以及新能源車用動(dòng)力系統(tǒng)性能研究，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，對(duì)提高我國(guó)的能源利用效率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)、促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

學(xué)海泛舟，乘風(fēng)破浪

1995年，18歲的王恩華以湖北省鄂州市高考狀元的成績(jī)考入了清華大學(xué)汽車工程系汽車工程專業(yè)。

“當(dāng)時(shí)我對(duì)專業(yè)的了解不多，但我有一個(gè)表哥在清華，他學(xué)的是汽車。在1995年，大家覺得隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，汽車在未來(lái)會(huì)有大發(fā)展，這個(gè)專業(yè)可以大施拳腳。而且，我父母也認(rèn)為‘學(xué)門手藝’找工作更方便。綜合這些考慮，我就報(bào)了汽車工程專業(yè)?！蓖醵魅A笑道?！爱?dāng)時(shí)，我的班主任幫我爭(zhēng)取了一個(gè)湖北省建設(shè)銀行設(shè)立的獎(jiǎng)學(xué)金。因?yàn)槟菚r(shí)汽車工程是五年制專業(yè)，所以獎(jiǎng)學(xué)金一共資助了五年。這筆獎(jiǎng)學(xué)金對(duì)我的幫助很大，要不然我的大學(xué)生活可能沒有那么順利?！蓖醵魅A十分感謝曾經(jīng)幫助過他的人。身為農(nóng)村孩子，王恩華在鄉(xiāng)下度過了小學(xué)和初中時(shí)代。但他學(xué)習(xí)很努力，中考時(shí)考入當(dāng)?shù)氐氖≈攸c(diǎn)高中——鄂州高中，在老師的關(guān)愛和自己的努力下，學(xué)業(yè)節(jié)節(jié)攀升。

2000年，做本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，王恩華就加入了歐陽(yáng)明高院士的課題組，做柴油機(jī)電控方面的研究。隨后，在清華大學(xué)汽車工程系攻讀動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)碩士研究生期間，王恩華也在歐陽(yáng)老師課題組做發(fā)動(dòng)機(jī)電控研究。

“那時(shí)做課題很投入，很早起來(lái)就去課題組做科研，中午吃完飯?jiān)倩氐秸n題組，下午四點(diǎn)鍛煉，晚上吃完飯?jiān)倩卣n題組，一直干到晚上十點(diǎn)?；旧厦刻烊绱恕！蓖醵魅A說，他不僅慢慢習(xí)慣了這種科研節(jié)奏，而且喜歡上了這種搞科研的感覺。

研究生畢業(yè)后，王恩華直接參加工作了——作為中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所研究實(shí)習(xí)員，主要從事甲醇代用燃料和垃圾填埋氣焚燒技術(shù)的研究。一年后，王恩華進(jìn)入江鈴汽車集團(tuán)公司任項(xiàng)目工程師，從事某發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)引進(jìn)項(xiàng)目的開發(fā)標(biāo)定工作；2006年，他又進(jìn)入北京汽車研究總院，從事整車電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)、汽油機(jī)電子控制系統(tǒng)標(biāo)定方面的研發(fā)工作。

“因?yàn)楫?dāng)時(shí)汽車廠引進(jìn)了很多項(xiàng)目，或者自己開發(fā)一些項(xiàng)目，都需要發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制的研究。所以，從江鈴汽車集團(tuán)到北京汽車，我做的基本上都是跟發(fā)動(dòng)機(jī)電控相關(guān)的研發(fā)工作。”

在車企工作多年后，2009年，王恩華重回高校，在北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院讀博士，導(dǎo)師為范伯元教授?！皩?shí)際上，我博士4年主要做發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱利用，采用一個(gè)系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣和冷卻散熱器的余熱利用起來(lái)，提高效率。”

2013年，王恩華又回到清華大學(xué)汽車工程系歐陽(yáng)明高院士課題組做了兩年博士后，主要從事熱力循環(huán)和混合動(dòng)力系統(tǒng)能量效率分析研究。出站后，到英國(guó)格拉斯哥大學(xué)（University of Glasgow）做訪問學(xué)者的經(jīng)歷，讓王恩華開闊了視野。雖然在那里他繼續(xù)從事有機(jī)朗肯循環(huán)余熱利用的實(shí)驗(yàn)研究工作，但參與的歐盟項(xiàng)目和英國(guó)皇家協(xié)會(huì)項(xiàng)目，讓他在科研的廣度和深度上都有了更多新的認(rèn)知。

可以說，從清華大學(xué)研究生“東風(fēng)之友”獎(jiǎng)學(xué)金，到北京市科協(xié)第十屆優(yōu)秀論文二等獎(jiǎng)；從“北京市第十九屆優(yōu)秀青年工程師”榮譽(yù)稱號(hào)，到首屆博士生國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金，再到天津市自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)……王恩華收獲一路鮮花和掌聲。此外，他還多次被國(guó)際頂尖期刊評(píng)為優(yōu)秀審稿人，2017年，更是被評(píng)為Applied Energy全球最佳審稿人（個(gè)人排名第3）。

回看20年的學(xué)海歷程，一顆科研的種子早已埋在王恩華心里。待夯實(shí)了基礎(chǔ)、調(diào)整好步伐，他便輕裝上陣，在學(xué)海里泛舟，不斷乘風(fēng)破浪。

業(yè)精于勤，勇攀高峰

“我愛人、孩子都在北京，回北京就是回家了?！蓖醵魅A說，他沒想過留在國(guó)外，所以，2016年年底有個(gè)機(jī)會(huì)就回國(guó)了。

到北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院能源與動(dòng)力工程系工作之初，王恩華繼續(xù)了他在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱回收方面的研究?！拔以瓉?lái)是做發(fā)動(dòng)機(jī)方面研究的，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)比較了解，在車廠又做過很多實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)，所以回來(lái)還帶了兩門課，一門是給車輛工程本科生授課，一門是給國(guó)際班英文授課。再就是帶博士、碩士生了?！?/p>

從科研工作到教學(xué)工作，再到兩者的結(jié)合，勞累是一定的，但傳遞知識(shí)、培養(yǎng)人才的過程，讓王恩華覺得每天都很充實(shí)?！白钪匾倪€是培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣。當(dāng)他真正體會(huì)到工程學(xué)科——比如工程熱物理學(xué)科的魅力時(shí)，了解到全世界最前沿的研究是什么樣時(shí)，就逐漸入門了?！蓖醵魅A自豪地說，“近年來(lái)，北京理工大學(xué)的學(xué)術(shù)氛圍非常好，所以最近它的排名也上升得很快?！?/p>

帶學(xué)生的同時(shí)，王恩華的科研工作也不斷取得突破。2018年申報(bào)的國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“船用柴油機(jī)與非共沸工質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)耦合工作機(jī)理研究”獲得批準(zhǔn)，這項(xiàng)研究基于有機(jī)朗肯循環(huán)（以下簡(jiǎn)稱“ORC”）技術(shù)的船用柴油機(jī)余熱動(dòng)力循環(huán)理論?！半S著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，迫切需要研究適用于船用柴油機(jī)余熱動(dòng)力循環(huán)的高效環(huán)保工質(zhì)。”王恩華介紹。

事實(shí)上，全球主要船用動(dòng)力系統(tǒng)供應(yīng)商都在開發(fā)余熱動(dòng)力系統(tǒng)，一些著名大學(xué)和研究所也都在積極進(jìn)行船用柴油機(jī)的余熱動(dòng)力循環(huán)研究。從目前的研究成果來(lái)看，在用系統(tǒng)和研究工作基本都集中于單組分工質(zhì)的ORC系統(tǒng)，難以同時(shí)滿足高效、環(huán)保和成本等多方面的要求。此外，當(dāng)前的研究工作基本都集中于設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的余熱動(dòng)力循環(huán)性能研究，針對(duì)中小功率ORC系統(tǒng)如何克服在非設(shè)計(jì)點(diǎn)工況下的能效下降還是一個(gè)難點(diǎn)。

在英國(guó)格拉斯哥大學(xué)留學(xué)照片

而王恩華主持的這個(gè)項(xiàng)目，正是關(guān)注上述兩個(gè)難點(diǎn)，基于非共沸工質(zhì)ORC技術(shù)，從船用柴油機(jī)余熱動(dòng)力循環(huán)、非共沸有機(jī)工質(zhì)選擇、船用柴油機(jī)與ORC聯(lián)合系統(tǒng)非設(shè)計(jì)工況點(diǎn)性能等方面廣泛調(diào)研分析了各種已有提高余熱回收效率的方法，總結(jié)了已有船用柴油機(jī)與ORC系統(tǒng)聯(lián)合工作時(shí)存在“高效環(huán)保工質(zhì)優(yōu)選”“非設(shè)計(jì)點(diǎn)工況效率下降”兩個(gè)共性關(guān)鍵問題，進(jìn)而針對(duì)性地提出了采用基于基團(tuán)貢獻(xiàn)法優(yōu)選的非共沸工質(zhì)ORC底循環(huán)，在全工況范圍內(nèi)與船用柴油機(jī)的聯(lián)合系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化這一解決方案。

參加ORC2017國(guó)際會(huì)議期間參觀米蘭郊區(qū)的5MW ORC系統(tǒng)

王恩華介紹，這項(xiàng)研究成果可有效提升非設(shè)計(jì)點(diǎn)工況余熱回收效率，也可應(yīng)用于其他熱源或負(fù)荷變化場(chǎng)合，具有重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

心無(wú)旁騖，終有所得

“心無(wú)旁騖，終有所得”是王恩華科研的工作寫照。多年來(lái)，他聚焦于中低溫動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)熱流體流動(dòng)與燃燒模擬，以及新能源車用動(dòng)力系統(tǒng)性能研究，取得了一系列成果，不僅應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，還對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)、促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

在中低溫動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)方面，王恩華取得了一系列具有廣泛影響力的成果。其中，“發(fā)動(dòng)機(jī)-ORC系統(tǒng)耦合機(jī)理”成果為有機(jī)朗肯循環(huán)與內(nèi)燃機(jī)的匹配優(yōu)化提出了一套系統(tǒng)化的方法，有利于實(shí)現(xiàn)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)與車用內(nèi)燃機(jī)的最佳匹配，提高聯(lián)合系統(tǒng)的能效，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)；“ORC和Kalina系統(tǒng)性能提升”研究結(jié)果表明，采用組分調(diào)節(jié)或壓力滑移可有效提高系統(tǒng)全年的平均輸出功率，其成果可應(yīng)用于地?zé)崮馨l(fā)電和太陽(yáng)能熱發(fā)電等場(chǎng)合，提高發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，降低碳排放量；“二氧化碳跨臨界循環(huán)工作特性”的研究結(jié)果，則不僅表明了跨臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)的凈輸出功率最大，經(jīng)濟(jì)性能處于合理范圍內(nèi)，具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，還有利于增進(jìn)對(duì)低溫?zé)嵩炊趸伎缗R界循環(huán)的全面認(rèn)識(shí)。

在內(nèi)燃機(jī)熱流體流動(dòng)與燃燒模擬的研究方面，王恩華也另辟蹊徑。針對(duì)煤油預(yù)混燃燒爆震抑制等問題，國(guó)際上有采用煤油與汽油等燃料混合燃燒提高爆震極限的研究，但由于汽油具有易燃性，安全性不高。為解決這些問題，王恩華提出了采用噴水來(lái)抑制點(diǎn)燃式航空煤油發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的方法，研究了噴水對(duì)煤油預(yù)混燃燒爆震抑制的機(jī)理，其研究成果可在航空飛行器和無(wú)人車輛上應(yīng)用。

在新能源車用動(dòng)力系統(tǒng)性能，尤其是混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)與能效分析方面，王恩華研究了直驅(qū)混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能潛力，提出了四驅(qū)混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)并與直驅(qū)混聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，采用超級(jí)電容儲(chǔ)能的直驅(qū)混聯(lián)系統(tǒng)在城市工況下的節(jié)油率在42%～55%，四驅(qū)混聯(lián)式節(jié)油率接近直驅(qū)混聯(lián)系統(tǒng)。“直驅(qū)混聯(lián)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于城市公交大客車，四驅(qū)混聯(lián)系統(tǒng)可應(yīng)用于復(fù)雜路面工況的越野車和卡車等重型車輛。”王恩華介紹。

得益于不斷鉆研與開拓進(jìn)取的精神，王恩華在科研道路上可謂碩果累累。迄今為止，王恩華已發(fā)表論文60余篇，其中SCI收錄論文34篇。在Google學(xué)術(shù)上論文總被引2093次，H指數(shù)為17。尤為值得一提的是，王恩華已發(fā)表的SCI論文中曾有8篇論文被ESI高被引數(shù)據(jù)庫(kù)收錄，2011年發(fā)表在Energy上的論文“Study of working fluid selection of Organic Rankine Cycle (ORC) for engine waste heat recovery”入選該SCI期刊成立40周年40篇高被引論文。與此同時(shí)，王恩華已獲授權(quán)專利15項(xiàng)，還主編了一部英文專著、發(fā)表4章節(jié)英文專著。

回顧往昔，展望未來(lái)，王恩華覺得自己很幸運(yùn)?？蒲新飞?，一直有名師指點(diǎn)，而自己也從未放棄夢(mèng)想。采訪中，王恩華提及他的導(dǎo)師歐陽(yáng)明高院士曾說過，做科研最重要的一個(gè)事情就是——心要靜得下來(lái)，能夠長(zhǎng)時(shí)間坐下來(lái)鉆研課題。而這樣樸素的科研精神，也從王恩華這里得到了代際傳遞，因?yàn)樗矔r(shí)常對(duì)自己的學(xué)生講：“只要心無(wú)旁騖，專注于你的研究，最后肯定會(huì)有突破！”