星期三青年学者讲堂第94讲讲授“空调制冷工质的替代延续及应用”

(1)制冷空调系统仿真
  (2)制冷空调系统的CFCs替代
  (3)制冷系统的新型控制方法
  以动态分布参数及参数间定量耦合的观点建立对象数学模型,用人工智能技术与经典数值仿真相结合进行仿真优化,并做实验验证。结合CFC替代,形成各种绿色工质的制冷、空调系统的仿真优化程序包,可预测各种制冷空调系统的性能参数,为制冷、空调对象的计算机辅助设计奠定基础。
  经过十七年的持续研究,形成特色,把模型、仿真、优化、控制八字结合起来,充实了新学科“制冷系统热动力学”,并已取得一批具有国际水平的研究成果。把制冷空调系统设计方法更新、CFC工质替代及节能三个热点问题结合起来,提出了解决方法,并在汽车空调、家用空调、冰箱等工业上应用,得到肯定并获得显著经济效益。
  近年来,在国内外发表二百余篇论文,四次获国家教委、上海市科技进步一、二等奖。参加国际学术会议十次以上,受机械工业出版社优秀著作出版基金资助,出版了本学术方向的专著“制冷系统热动力学”,作为一门学科交叉的新学科,已领先于国内并产生了较大的国际影响。除学术上的交流以外,美国的Ford公司、Carrier公司及德国Liebherr公司均先后和我们科研合作,并已先后完成,得到好评,并获得连续合作的机会。同时也培养了一批年轻学科带头人,已培养硕士生三十余名、博士生十六名,博士后二名,进修教师四人。

下午,我校青年学者协会主办的“星期三青年学者讲堂”第94讲在学术交流中心第六会议室如期举行。本次讲座邀请我校能动学院余延顺老师带来题为“空调制冷工质的替代延续及应用”的主题讲座,讲座吸引了众多老师和同学参加了本次讲座交流。讲座由科研院综合计划处副处长梁�主持。

[编者按]
继2011年上半年推出“身边的感动”系列报道受到广泛好评后,从2011年10月起,我们推出了新栏目“学者笔谈”。本栏目将陆续推出一批我校有影响的学者,重点展示他们在人才培养、科学研究、服务社会和文化传承与创新等方面的观点和见解、思路和做法及理论和实践,旨在弘扬科学精神,激荡人文情怀,回归学术本位,浓郁学术气象,全面提升交大学术的影响力和传播力。

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长期在一个专业领域中坚持研究,肯定有利于出成绩;但能够坚持,则需要有坚持所需要的外部条件;能否得到条件,是需要自己在选择专业时就作出预判的。

讲座中,余老师首先介绍了制冷工质的概念和应用现状,讲解了原有制冷工质氟利昂等对环境、大气的影响,在传统工质被逐步禁用后,制冷工质的替代形式成为研究热点;其次分析了制冷工质的替代形式的优点和不足;最后根据自己的研究,介绍了以HCFC-22为工质的既有空调制冷设备,探讨了采用天然工质替代的可行性及替代应用中亟待解决的问题,为既有空调制冷设备工质的替代应用提供有效的技术解决方法。

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作为任何一个科技人员,认准一个有价值的方向并坚持,都是其取得成功的必要条件之一;而能让其他人与你一道朝着你认为有价值的方向努力,则是一个“工科教授”必备的能力之一,因为工科的研究往往不是一个人能够完成的。 

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当中国制冷空调工业规模在世界上遥遥领先时,当上海交大制冷学科的国际期刊论文也是远超国外同类大学时,再说“大而不强”可能会导致定位不准;也许应当用“各有所强”、争取“强强联合”更为合理。我们仍需要从国外引进技术和人才,也应当承担向国外输出技术和人才的责任。

讲座结束后,与会的各位老师和同学们就自己关心的问题与余老师展开了深入的交流和热烈的讨论。

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余延顺,1975年11月出生,中国制冷学会高级会员,江苏省货物招投标评标专家,1999年毕业于哈尔滨工业大学,2001年、2004年分别获得哈尔滨工业大学供热、供燃气、通风及空调工程专业硕士及博士学位,2004~2006年清华大学建筑学院博士后,2006年至今南京理工大学能源与动力工程学院工作,2010-2011年在美国内布拉斯加州立大学访问学者。一直从事空调制冷新技术及建筑能源高效利用等方面的研究工作,主持承担国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、校企产学研合作等各类课题十余项,发表论文50余篇,SCI、EI、ISTP检索20余篇,获国家发明专利10项,参编“十五”规划教材1部,出版学术专著1部,2007年入选江苏省“六大人才高峰行动计划”,并被评为中国制冷学会优秀青年科技工作者。

  我是1983年进入上海交通大学制冷及低温工程专业学习,那是经过“十年寒窗”后才得以如愿的;虽然这个“寒窗”经历并不被后来人认可有多苦,因为比今天大多需要经历“十二年寒窗”的人少了两年,其中好几年还处于文革而没有高考所传递的压力。头一次到上海港的景象还没有忘记,已有当年就调皮捣蛋的同学又来发号施令了“班长,我们入学三十年的聚会要开始组织了”;其腔调一如当年,顶上却已华发初现了。三十年就这么过去了,自己从学生变成教师了;交大的制冷专业,从追求“西天取经”,到与国际同行平等交流且在一些指标上领先;中国的制冷工业从全盘引进生产设备到产品图纸的落后状态,发展到全球最大的产品供应者和主要的研发基地。作为见证这个发展历程并参与其中的一员,我想借“学者笔谈”啰嗦几句自己的经历与感悟。如有人能读下来,就颇感荣幸了;若碰巧有人觉得这些话对于他们的专业选择、事业选择有一点参考价值的话,那就无尚光荣了。

  选择制冷,时代条件使然

  我们这一届浙江考生填志愿是在高考成绩出来之后。成绩一出来还没有填志愿,各个大学的招生人员就到中学去“按图索骥”了。我作为舟山地区的第一名,将上海交大作为自己的第一志愿选择,现在还认为是给自己的工作和生活带来很多益处的正确选择。我选择上海交通大学的制冷与低温工程专业,是考虑了我的工科兴趣、上海的地域优势、分配的可能性,以及老师和学长的强烈推荐。

  基于我从小受到的教育,认为兴办工业来振兴民族是一件特别伟大的事情,那些工程技术领域的杰出人士是我心中的偶像,比如说中国的詹天佑、国外的爱迪生;拿现在的人物来讲,就是微软的盖茨和苹果的乔布斯了。因此在专业大类上,我首选工科。

  上海与我的家乡联系方便、密切,故影响远超过省城杭州。孩提时期热热闹闹地看了两个邻居小伙娶上海新娘;我们班小学前面四年用的教材是上海的;中学时期的好几个老师是上海人。当时所用的上海数学教材到了四年级就有“简易方程”(一元一次方程),可方便地解答“鸡兔同笼”这些用算术的方法需要动不少脑筋的问题,这使我在文革后当地搞的第一次小学数学竞赛中分数遥遥领先,风光一阵,内心感谢上海教育之好。高考那个阶段身体不好,上海便利的交通与相近的生活习性有利于康复,这是上海作为我读大学首选城市的另一重要原因。

  最终帮助我确定选上海交大制冷与低温工程专业的,是我的初中的班主任童秀兰老师(上海人)和她的爱人李厂长;李长厂是我中学学长,后在上海交大一系(船舶系)毕业。童老师当时坚定地跟我说上海交大多么顶尖,显得公正、有说服力;现在想来,话中带有她爱丈夫的个人倾向。李厂长告诉我,交大与船相关的是从事造船的一系和从事船舶动力的二系(当时没有学院,校下面就是系),选择这两个系有利于以后在沿海就业,如果一个专业只招一个,则作为“独苗”可在分配时要求回本省。在一系和二系的专业中,只有制冷及低温工程专业符合在浙江只招1人的要求;而且李厂长说制冷当时开始热起来,后面发展一定好;这样我就决定下来,让上海交大的招生人员将制冷及低温工程专业这个名额留给我。

  长期在一个专业领域中坚持研究,肯定有利于出成绩;但能够坚持,则需要有坚持所需要的外部条件;能否得到条件,是需要自己在选择专业时就作出预判的。我能这么多年坚持这个专业,说明当初的选择是比较合适的。我们进校不久,制冷就成为人所共知的大热门了,且快速增长很多年,使得在中国经济还很落后的情况下,让趁热进入这个行业的人过上了相对不错的生活,能够安心从事这个行业;也让在稳定发展期进入这个行业的人,很方便地达到本领域中一个较高的平台。上海这个地区,让人获得大城市的视野,对外联络的方法,以及其它科研条件上的便利。

  现在进入交大的学生,已按大类招生了,选择专业方面的事情,是在大学里的事情了,与我们当初相比可减少一些盲目。但是我还是建议同学们尽可能多地请教老师,使得一开始就能做出尽可能合理的专业选择。

  从事仿真,源于导师执着

  从本科毕业设计开始,我一直在做制冷装置的仿真,算是“一根筋”了。作为一个成年人,每个人的路当然是自己走的,能够坚持走下去,那最终是自己的决定。但我的研究之路选择上,更想归结为与导师的“执着”。导师的强力影响,体现在两个方面:一是在你几个方向的选择上犹豫时,他拼尽全力将你往他认为正确的方向拉,使你几乎没得选择;二是通过不断的唠叨让你理解并学会“走路”的方法,使自己“走路”时不至于摔倒而走不下去。

  选择研究生阶段的导师,是我本科生阶段中最重要的一个选择。我们这一届的直升研究生是在大三第二学期一开学就确定了,当时就可以选导师了;我作为本专业唯一的一个直升生,没人跟我抢导师,所以就不急。但在四年级第一学期末的一天,有同学来叫我回寝室,说班主任老师和系领导(后来知道是陈芝久老师,当时是动力机械工程系主管科研的副系主任)召集同学开毕业设计的会。等我刚站到寝室门口,班主任介绍了我,陈老师马上就说,我今天就是冲着你一个人来的。当时听了楞了一下,因为当着已经坐在里面的那么多同学的面,系领导好象不应当这样说话呢;这样一说,好象前面说的召集全班开会的事情就是假的了。陈老师敢这样讲,可我还得想到其他同学的感受,当时不敢有任何回复;后来陈老师又让人带话给我,希望我跟他做毕业设计。性格极爽的陈老师,现在还会提起他当年把我从寝室里“抓”过来的事,言辞中充满一种“战士抓了俘虏”的胜利喜悦。

  “抓”我读博士,更能显示陈芝久老师的“执着”。作为穷人家的孩子,当时我是想早点工作,减轻家里负担。当陈老师跟我说,硕博连读生可以办理手续时,我就说成绩还不够直升博士生的资格。但隔天陈老师就将我找过去,说已问过了,我是全系的第一名,直升没有问题。谎言给戳穿了,我只好直接说不想读,其中原因之一就是家庭经济不宽裕。但是陈老师仍坚持隔几天劝一次;还能在我妈妈和姐姐来上海时很快就知道,马上跑来劝。后来又请尉迟斌先生(我们专业当时唯一的博士生导师)找我谈,并按尉迟斌先生提出的读在职博士以解决生活困难的设想去办成。劝我读博士的事情,从1989年的5月开始到12月份办理下来“留校读在职博士”的批文止,历时7个月,其间我已落实了外面的工作单位,但还是被陈老师拽在其旗下,并成为一个以“读博士”作为核心任务的“教师”。

  我是1993年博士毕业的,那一年算是我一个阶段结束的标志性的年份。对于陈芝久教授来说,也是非常有标志性的年份,因为从他1983年留德回国算起,算是成功地“十年磨一剑”了。那一年,陈老师成为国务院批准的博士生导师(我读博士期间,陈芝久教授是我的副导师,尉迟斌教授是导师);仿真软件以100万的价格转让了(在当时是一个大数字,是刚完成的自然科学基金项目经费的二十多倍)。十年中,陈老师获得过上海市科技进步一等奖、上海市科技精英提名奖、人事部有突出贡献的专家称号等一系列奖项和荣誉。

  作为任何一个科技人员,认准一个有价值的方向并坚持,都是其取得成功的必要条件之一;而能让其他人与你一道朝着你认为有价值的方向努力,则是一个“工科教授”必备的能力之一,因为工科的研究往往不是一个人能够完成的。

  服务全球,天时地利人和

  中国的制冷工业是从全面引进国外的技术而快速发展的;高校中的制冷专业也是因为“西天取经”而得到获得快速启动的。交大制冷专业的创始人夏安世教授,是在德国Karlsruhe大学学习制冷并获得博士学位;成立制冷工程研究所时的第一任所长陈芝久教授,也是在德国Karlsruhe大学作了两年访问学者后回国开拓研究方向的。出国留学是当时非常多人的追求目标,不管是出于技术因素(当时发达国家在科技领域的几乎各个方面均比我们强),还是出于经济因素(当时的国内工资只有现在的百分之一),这种追求在当时是非常合理的。

  我没有去追赶出国热潮,是基于自己的身体原因和经济原因。我从高二毕业考后、高考总复习前,就因病离开学校接受隔离治疗;大学期间做了二年的“药罐子”,总算从会不会被病休的恐惧中解脱出来;减少折腾保健康,那是我的合理选择。自己争取出国当时是需要向政府赔偿“培养费”的,这也是我这种穷人家孩子承担不起的。

  相当一段时间内排除出国念头,也就省掉了折腾出国的时间,使我更能集中精力于从事面前接受的研究工作。后来发现,一样可达到国际先进水平。

  自认为达到国际先进水平是在1995年,美国开利公司仿真部门负责人从美国飞过来跟我们谈定了空调器动态仿真软件开发合同;开利当时是世界最大的空调企业,制冷仿真做得非常好。那一年我还访问了夏安世教授当年读书的研究所,Oellrich教授马上就说帮我争取去德国做博士后。1996至1997年间在德国,Oellrich是将我以仿真专家的身份介绍给利勃海尔公司(Liebherr),获得了替该公司通过计算机仿真做冰箱改进设计的项目。青岛海尔公司就是全面引进该公司的技术而发展起来的,生产的“琴岛-利勃海尔”冰箱成为当时中国最好的冰箱,后来才简化为“海尔”。我能得到德国Karlsruhe大学和利勃海尔公司这些当年技术来源方的认可,被承认技术能力的先进,心里还是很有自豪感的。

  我后来的很多项目,是来自于国际大公司,成果也在全球范围内应用。这固然有自己的“坚持”的功劳,但能够坚持下来,却非自己一个人的意志就能行的,而是因天时地利人和正好均俱备。“天时”来看,正好赶上了中国制冷工业大发展的时期,逐渐具备面向应用的研究所必要的工业基础。“地利”来看,上海是中国与国外联系最方便的城市之一,上海交通大学是研究条件和国际声誉较好的大学。“人和”来说,有可以领你入门的导师,有同样可以给你很多指点的优秀同事,还有优秀且相对美国来说不算昂贵的学生资源。我跟美国同行的交流时,他们非常感叹我们的人力成本优势,让其竞争中处于不利地位。我受聘日本东京大学客座教授时,按照正教授标准享受了工资、房贴、科研经费等费用,羡慕日本教授不接项目也可以从学校拿到科研经费且不需支付学生费用的这种宽松体质,但也发现他们有难以组织学生进行技术攻关的问题,相比之下,我还是要感谢“中国特色”和“交大特色”的体制。

  我们国家在文革时期的官方宣传中总是说中国“地大物博”,来显示作为中国人的自豪;而现在总是习惯于说“是大国,而不是强国”来显示自己的谦虚和看问题的全面。当中国制冷空调工业规模在世界上遥遥领先时,当上海交大制冷学科的国际期刊论文也是远超国外同类大学时,再说“大而不强”可能会导致定位不准;也许应当用“各有所强”、争取“强强联合”更为合理。我们仍需要从国外引进技术和人才,也应当承担向国外输出技术和人才的责任。

  展望未来,还想继续发热

  当年给我们上课的老师,都已被送了“退休证”了;下一批的“退休证”,就得送给我这一辈人了;只是等那一天到来还有些年头,故还得思考自己如何继续“发光发热”的问题。

  一个人思考未来工作方向的事情,至少需要包括三个方面:一是什么样的工作是比较有价值的;二是在这些有价值的工作中,什么是你感兴趣并能较好发挥作用的;三是以何种方式来发挥作用最合时宜。

  节能减排是全世界的热点,这肯定是一个大的、有价值的领域。由于制冷装置的耗电量大且不断增长(如在上海的夏季,可以占到峰值用电的40%),节能潜力大(如空调的热力完善度只有约11%),中国又是世界最大的制冷空调产品制造国,因此中国的学者更应当投入此方向,并更容易做出有全球性效益的成绩。我们国家已有遥遥领先的制造量,会向全球转移一些产能,但是面向全球产品的设计研发中心的扩大与增强,则还是中国未来几十年中的不变趋势,这一过程将给优秀人才提供很多机会,特别是对于那些掌握以仿真为核心的先进设计方法的人才。

  “世界是我们的,也是你们的,但是归根结底是你们的”,希望后面有更多的优秀分子加入制冷行业,也为制冷系统仿真的发展作出贡献。我的前辈和我这一辈的众多制冷工作者,将中国的制冷行业从极小的规模带入全球最大和较强的行列;愿后来的优秀者将中国的制冷行业带到最强之列。像当年老师们领我们进入这个领域一样,我也会乐于为愿意进入这一行业的新人起到“梯子”的作用,并认为这是发挥自己作用的合适方式。

  学者小传

  丁国良,上海交通大学制冷与低温工程研究所教授,博士,上海市制冷学会理事长,中国家用电器协会特聘专家,国际铜业协会高级顾问。1983至1993年在上海交通大学制冷与低温工程专业学习,获得学士、硕士、博士学位;1997年在德国Karlsruhe大学完成博士后。1998年被评为上海交通大学教授,1999年被评为博士生导师,2002至2010年任动力与能源工程系主任。入选上海市科技启明星计划、启明星跟踪计划,教育部骨干教师计划、新世纪人才计划,获霍英东基金会高校青年教师科研奖,享受国务院政府特殊津贴。曾任德国Karlsruhe大学、日本东京大学客座教授。

  长期从事制冷空调装置的仿真、优化与新工质应用,建立了完整的制冷空调装置仿真与优化理论并形成实用软件,在世界范围内得到应用。获得国际发明专利6项并全部转让,获得中国发明专利30项、软件著作权11项。出版“制冷空调装置仿真与优化”、“制冷空调装置智能仿真”、“制冷空调装置数字化设计”、“二氧化碳制冷技术”、“制冷空调新工质热物理性质的计算方法与实用图表”等专业著作11本,发表SCI索引的论文89篇;论著他引2000余次。

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