多相湍流世界的科研前行者

孟小雪

多相湍流现象小至细菌病毒的传播，大至云雨沙尘的跨国传输，浸透在我们日常生活的方方面面并覆盖了几乎所有的工业领域。多相流理论是能源、化工、制冷、航空航天、环境保护、生命科学等许多领域关键技术的理论基础，在国民经济的基础与支柱产业及国防科学技术发展中有着不可替代的作用。

流体问题一直是业界广泛关注的热点，其中最受关注的就是湍流，而多相湍流中的第一个问题也正是湍流这个20世纪经典物理的世纪难题。但多相湍流又不仅仅是湍流，它关注的是湍流中不同相物质在运动过程中因为彼此间不平衡而引起的相互耦合作用特性。

在漫长的认识发展长河中，众多流体力学家、物理学家、应用数学家为探索湍流乃至多相湍流运动的本质付出了巨大努力。“可是这么长时间过去了，问题依然还是那个问题。”浙江大学航空航天学院副教授金晗辉说。从事科研以来，对于多相流世界的好奇与求知一直在推动着他深入其中。经过多年探究，金晗辉在气固、气液多相湍流和湍流燃烧过程中的微观-宏观各尺度间跨尺度耦合作用研究中积累了丰富经验。他说：“多相流中相物质间的作用是从微观到宏观不同尺度的交织耦合作用”。而在探究“多相湍流”的奥秘过程中，他也在用脚踏实地的研究成果为我国的工业以及环境发展贡献着自己的力量。

不断挑战，寻求人生新突破

人生中所有的经历都是因果相连的，对于金晗辉来说，每一步的学习经历都是生命的重要组成部分，是他人生的宝贵财富。

1989年9月，金晗辉以优异的成绩考入湖南大学，攻读机械制造学士学位。虽然这一专业并不是金晗辉的第一志愿，但他深知：机械是百工的基础，所有的工程都少不了机械的基础性作用。在不断的学习中，机械研究基础与设计理念也无形中为他今后科研工作的开展打下了坚实基础。

大学毕业后，金晗辉还曾前往机械工厂工作了3年时间。但多年在工厂日复一日的重复性工作，让他深刻意识到：这并不是自己想要的生活。拷问自己的内心，他更喜欢具有开拓性、探索性的工作。金晗辉决心重返校园攻读江苏理工大学的硕士研究生，在科学研究中开启新的人生。

研究生阶段，金晗辉有幸参与到了新疆的蝗灾治理研究，并通过不断攻关，与研究团队成功设计了大型的静电喷雾车，不仅节省农药，且对蝗虫的杀伤力强大。在反复的实验设计与测试过程中，金晗辉不仅提升了自己的科研实践能力，且更加深刻地认识到：工科的学科之间是相通的，是互相效力、互相成就的，而这也无形中培养了他的多学科交叉思想。也正是在这个时期，金晗辉接触到了高压静电场作用下的荷电多相流理论，并用此成功解决了静电喷雾车中的一些关键技术。在这一背景下，他看到了多相流体力学这个基础学科广泛的应用前景，更看到了其作为世纪难题的多相魅力——“随机无形，流动万象”。因此他决心深入到这一科研领域，继续攻关。

1999年3月，金晗辉来到了浙江大学攻读博士研究生。在这一阶段，他跟随自己的导师接触到了世界上最前沿的一些基础理论研究工作，扩宽了其研究视野。从研究生到博士阶段，金晗辉在王泽、樊建人两位导师的指导下，一步步提升自己的研究水平，在脚踏实地做科研的过程中获得了极大成长。

创新不息，研究成果服务国家社会

路漫漫而求索不倦。在金晗辉看来，科学研究一直是一个主动探索的过程，在好奇心的驱动下，一步步探究现象背后的本质，应用各种技术手段来攻克问题。“如果没有主动探索和思考，哪怕苹果砸在牛顿头上一千遍，他也发现不了万有引力。”一直以来，金晗辉都十分享受这个过程，并从未有过一丝懈怠。

2002年7月，金晗辉正式在浙江大学机能学院、航空航天学院开展科研工作，就气固、气液多相湍流和湍流燃烧过程中的微观-宏观跨尺度耦合作用，开展了一系列探索。在这期间，他还于2006年—2008年前往美国康奈尔大学进行访问研究，师从湍流燃烧研究的大师、美国工程院院士Pope教授，学习燃烧中概率密度函数理论。在潜心学习之余，他进一步将概率密度函数理论成功引入了多相流研究。在国家自然科学基金项目“煤粉湍流燃烧的LES-FDF数值模拟研究”的支持下，他首次系统建立了基于亚网格尺度的LES-FDF多相湍流燃烧模型；研究了大涡模拟中亚网格尺度涡影响下多相湍流扩散燃烧特性，为优化改进煤粉燃烧设备和运行参数，发展高效低污染的燃煤技术提供了理论基础。

一直以来，金晗辉的科学研究始终紧贴国家战略需求。面向发动机的湍流燃烧基础研究，能很好地促进我国发动机研制技术的整体提升，对解决先进发动机问题的国家重大战略需求具有重要意义。

金晗辉根据航空发动机的运行特性，结合自己在多相湍流燃烧领域的研究和调研情况，提出了针对略超临界环境下的跨临界效应对燃油喷雾气液多相湍流燃烧过程的影响规律和特性进行研究，并得到了国家自然科学基金的支持。他希望能通过这一项目的研究，进一步拓展对略超临界燃烧室内燃油雾化燃烧机理的认识，完善超临界雾化燃烧理论，也为进一步优化和控制高功率燃油喷射发动机的燃烧过程提供理论指导。

“将科学研究深入到民生与社会中，才能真正做到将研究成果落地生根。”一直以来，金晗辉始终将此作为自己前行的动力。

可吸入细微粉尘已经成为破坏劳动者健康的头号职业病杀手。早在2005年，金晗辉就开始关注大气中可吸入悬浮颗粒物在空间的传输规律，以及在人体呼吸道内部沉积特性的研究。他在人体呼吸道内微细颗粒输运沉积的大涡模拟研究引领了国际上这一领域的研究。对于室内環境基于微细颗粒输运沉积差异性研究，也为有针对性地防控室内可吸入粉尘的传播，减少乃至消灭尘肺病等粉尘污染引起的职业病提供了理论基础和新的途径。

针对水污染问题，他还参与了科技部水体污染控制与治理科技重大专项的研究，探究潮汐影响下钱塘江水动力作用规律及潮水作用下盐度变化规律研究。研究成果不仅为钱塘江内饮用水的取水口附近水质变化提供了实时数值模拟预报，还为泄水抑咸、蓄水避咸等具体措施的采取提供了直接依据，相关成果还获得了2015年浙江省科技进步奖一等奖。

孜孜不倦，不懈奋斗的科研之路

在金晗辉看来，科学研究是没有尽头的。虽然在多年上下求索的过程中，他经历的挫折无数，但金晗辉从没有一刻想过放弃。对他而言，能通过科研探索，为我国的社会各行业发展做出贡献，是最让他感到知足与幸福的事情。

“流体的世界包罗万象，未来仍有极大的探索空间。”金晗辉说。基于目前的科研方向，未来，他和科研团队还将深入到更多与多相流交叉的领域中，现如今他已经与浙江大学附属口腔医院合作，在口腔的根管清洗中展开一系列结合研究，成果被推荐在美国物理学会的官网上。除此之外，脑神经海绵体悬浮在脑脊液中，脑脊液的流动以及营养物质的交换，会影响到神经的发育，金晗辉希望能通过这一领域的研究对脑神经科学的研究提供助力；2020年，新型冠状病毒肺炎在世界各地爆发、蔓延，在这一现状下，他也希望能够将微细颗粒物的传播与病毒传播结合起来，摸清病毒在空气中的传播规律，进而为防控疫情提供支撑。

前路任重而道远，金晗辉始终步履不停。一直以来，他始终认为：科研人需要保持一种单纯的心态去做事情，不要过多地关注那些本属于科研附带品的名利事物，所有的结果都会在努力之下水到渠成。作为一名博士生导师，他也将这种思想，传递给了自己的学生，鼓励他们遵循科学研究的本心，不刻意追求一些荣誉，坚定科研信念，把研究做到世界前沿。

明目扩胸，竭力前行。金晗辉的科研创新之路仍未止息！