手机ღ✿✿、航天器ღ✿✿、青藏铁路三者有什么共同点?答案是都需要保持温度ღ✿✿。一旦热量散不出去ღ✿✿,就会导致变形ღ✿✿、失效ღ✿✿。
科学家用以解决这一关键问题的高性能传热元件叫做“热管”ღ✿✿。1964年ღ✿✿,国际首篇热管论文发表ღ✿✿,著名传热学家pg电子官方网站ღ✿✿、美国工程院院士田长霖认为ღ✿✿,这篇仅2页的论文随即产生了“如原子能一般巨大的影响”ღ✿✿。
热管是靠内部液体的相变和蒸汽流动来传热ღ✿✿,其等效热导率可以达到金属的成百上千甚至上万倍ღ✿✿,是任何已知材料无法比拟的ღ✿✿。发展至今ღ✿✿,热管已广泛应用于各领域ღ✿✿,走进千家万户ღ✿✿。
最早的热管研究可以追溯到1942年ღ✿✿,美国通用发动机公司工程师Gauglar提出一种新的强化传热元件并申请了专利ღ✿✿。但当时各国都忙于二战ღ✿✿,该专利沉寂了近20年ღ✿✿。直到1964年曲山英里ღ✿✿,才首次在洛斯阿拉莫斯国家实验室制造出来ღ✿✿,命名为热管ღ✿✿。
此前ღ✿✿,业界一直认为通过导热进行较长距离的传热是不经济的ღ✿✿,但热管的出现彻底改变了这一认知ღ✿✿,因此迅速兴起pg电子官方网站ღ✿✿。
“最直接的原因是当时美苏航天竞赛ღ✿✿,没有热管去解决温控问题pg电子官方网站ღ✿✿,航天器发展不下去了pg电子官方网站ღ✿✿。”中国航天科技集团第十一研究院研究员曲伟告诉《中国科学报》ღ✿✿,热管对航天发展的推动作用极其巨大ღ✿✿。
在我国的“探月”“探火”工程中ღ✿✿,也有热管工作的身影ღ✿✿。曲伟指出ღ✿✿,月球表面在日照时能达到120℃ღ✿✿,月夜时则低至-100℃ღ✿✿,温差巨大ღ✿✿。因此从探月一期工程开始ღ✿✿,就研究利用热管耦合相变材料ღ✿✿,在白天储能ღ✿✿、夜晚释能ღ✿✿,防止航天器冻坏ღ✿✿。如今ღ✿✿,小到空间站里的计算机ღ✿✿,大到载人飞船ღ✿✿,都需要热管等技术保证运行安全ღ✿✿。
2000年ღ✿✿,意义深远的“青藏铁路”工程上马ღ✿✿。当时碰到的一大难题是ღ✿✿:冻土层在冬天时会冻结膨胀ღ✿✿,到夏季又融化沉降ღ✿✿,导致铁路路基扭曲变形ღ✿✿。最后通过在地下埋入热管解决了这一世界性难题ღ✿✿。
此外ღ✿✿,随着AI算力的爆发式增长ღ✿✿,大型数据中心的功耗和发热也成为世界性问题ღ✿✿。“热管在解决这类小空间散热问题中具有革命性的潜力ღ✿✿。”曲伟认为ღ✿✿。
如今ღ✿✿,热管的应用正在向极端方向发展ღ✿✿,如超高温ღ✿✿、超低温等特殊场合曲山英里ღ✿✿。例如ღ✿✿,热管手术刀可以在-100℃条件下操作ღ✿✿,利用低温对病灶进行治疗ღ✿✿。
同时ღ✿✿,热管也可以超越“管”状曲山英里ღ✿✿,发展成“奇形怪状”ღ✿✿。例如用在飞行器上ღ✿✿,为了节省空间ღ✿✿,热管已经演变成薄层结构的“热片”ღ✿✿。
曲伟的老师ღ✿✿、中国科学院工程热物理研究所(以下简称工程热物理所)研究员马同泽是我国热管技术研究的开创者之一ღ✿✿。
1957年11月ღ✿✿,刚从哈尔滨工业大学研究生毕业的马同泽ღ✿✿,和其他7名研究生一起ღ✿✿,由中国科学院动力研究室(工程热物理所前身)派往苏联学习ღ✿✿,师从著名传热学家米海耶夫ღ✿✿。1960年ღ✿✿,马同泽获得副博士学位后回国ღ✿✿。
1964年ღ✿✿,国际首篇热管论文问世ღ✿✿,一石激起千层浪曲山英里ღ✿✿。中国科学院得到消息后ღ✿✿,随即开始了文献调研和原理样件研制工作ღ✿✿。
据工程热物理所研究员刘登瀛回忆ღ✿✿,他们先研制了简单的水热管ღ✿✿,即以水为工作介质的热管ღ✿✿,目的是检测其是否具有热管特性ღ✿✿。1968年ღ✿✿,我国第一根水热管原理样件研制成功ღ✿✿,测试结果证实了前期的设想ღ✿✿,具有明确的热管特征ღ✿✿,标志着我国热管原理研究取得重大突破ღ✿✿。之后ღ✿✿,研究室开始集中攻关难度更大的液态金属钠高温热管ღ✿✿。
所谓钠热管ღ✿✿,即以液态金属钠作为工作介质的热管ღ✿✿。同水相比ღ✿✿,液态金属钠具有许多优点ღ✿✿,如在高温下具有很好的稳定性ღ✿✿、导热性等ღ✿✿,因此应用更为广泛ღ✿✿,但研制工艺十分复杂ღ✿✿,实验难度远高于水热管ღ✿✿。
由于当时国内的相关资料极少ღ✿✿,没有多少经验可供借鉴ღ✿✿,马同泽带领蒋章焰ღ✿✿、赵嘉琪ღ✿✿、张正芳ღ✿✿、霍秀和等人克服重重困难ღ✿✿,认真分析有限的国外资料ღ✿✿,开展了艰苦的探索ღ✿✿。他们自己动手ღ✿✿,边学习曲山英里ღ✿✿、边实验ღ✿✿,先后建成多个系统性实验装置ღ✿✿,并成立了我国第一个热管研究团体——热管研究组ღ✿✿。
此后没多久ღ✿✿,研究组就接到一项重大任务——为我国地球同步卫星的原子能电源研制钠热管ღ✿✿。据悉ღ✿✿,这种电源采用热离子发电机ღ✿✿,发电效率为20%ღ✿✿,剩余80%的能量都要通过热管向空间辐射排散ღ✿✿。
大家以极大的热情立刻投入了这项工作ღ✿✿。在全力以赴的投入下ღ✿✿,1972年9月ღ✿✿,我国第一根液态金属钠高温热管终于测试成功ღ✿✿,实现了我国热管技术领域零的突破ღ✿✿。此后ღ✿✿,研究组再接再厉ღ✿✿,又研制出3种结构的钠热管ღ✿✿,均达到或超过任务要求ღ✿✿,圆满完成这一国家任务ღ✿✿。
在满足国防需求的同时ღ✿✿,为了将钠热管尽快应用到一般工业中ღ✿✿,热管研究组与七机部502所合作研制了用于外延炉的均温用高温钠热管ღ✿✿,使得外延炉的温差由±0.5℃降低到±0.02~0.03℃ღ✿✿,接近当时世界先进水平ღ✿✿。
20世纪70年代ღ✿✿,国际上发生了石油危机曲山英里ღ✿✿,导致国外对工业余热回收的需求增多ღ✿✿,钢-水热管成为研究热点ღ✿✿。我国也及时跟上ღ✿✿,经过几年攻关ღ✿✿,1983年ღ✿✿,工程热物理所研制的钢-水热管成功应用于兰州炼油厂苯烃化炉空气预热器项目ღ✿✿,并在全国推广ღ✿✿。1985年ღ✿✿,“碳钢-水热管和换热器及其余热回收中的应用”项目获国家科技进步奖二等奖ღ✿✿。
据曲伟介绍ღ✿✿,20世纪80年代是我国热管技术快速发展的“井喷”期ღ✿✿,多项科技成果在工业部门得到应用ღ✿✿;进入21世纪ღ✿✿,则是技术创新期ღ✿✿,产生很多新器件ღ✿✿。
“热管技术成本低ღ✿✿,但能解决大问题ღ✿✿,对我国电子信息ღ✿✿、航天ღ✿✿、军工等高精尖技术的推动作用巨大ღ✿✿。”曲伟说ღ✿✿。
曲伟表示ღ✿✿:“马老师做热管研究获过3项国家奖ღ✿✿,这是业内绝无仅有的ღ✿✿,学术圈公认他为中国热管第一人ღ✿✿,代表了中国科学院的水平ღ✿✿。而且不仅学术造诣高ღ✿✿,人品也好ღ✿✿,平易近人ღ✿✿。”
曲伟回忆ღ✿✿,马同泽谦虚谨慎ღ✿✿,从来不以自己得过国家级奖项自居ღ✿✿,但有一件事却很自豪ღ✿✿,那就是和毛主席同一天生日曲山英里ღ✿✿,因此得名“同泽”ღ✿✿。而在做科研时ღ✿✿,他也同毛主席一样ღ✿✿,注重理论和实践相结合ღ✿✿。
例如ღ✿✿,为了验证碳钢水热管的寿命能达到5年ღ✿✿,马同泽带领大家每天记录上百根热管的数据ღ✿✿,持续了长达6年ღ✿✿。
虽然马同泽已于2015年去世ღ✿✿,但回忆起自己相处了12年的恩师ღ✿✿,曲伟还是满怀感激之情ღ✿✿:“马老师非常重视训练学生的基本功ღ✿✿,要求每个研究生熟练掌握各种仪表ღ✿✿,知道不同仪器的长处和短板ღ✿✿。比如每个热电偶我们都是自己焊的ღ✿✿,挨个测量误差ღ✿✿。所有这些小细节马老师都领着我们亲力亲为ღ✿✿,所以他的学生出来一个是一个ღ✿✿,到其他岗位上也能做出很好的成绩ღ✿✿。”
在生活中ღ✿✿,马同泽也非常关心学生ღ✿✿。曲伟至今记得ღ✿✿,当时研究所条件有限ღ✿✿,学生洗澡存在一定困难ღ✿✿,他多次找到所领导ღ✿✿,最后终于解决了学生公寓洗澡问题ღ✿✿。
在学生眼中是“大科学家”的马同泽ღ✿✿,也非常细心ღ✿✿。一次实验室搬家时不小心打碎了一支U型管水银计ღ✿✿,马同泽亲自拿铲子和容器将水银收集起来密封保存ღ✿✿。
对于招摇撞骗的学术骗子ღ✿✿,马同泽态度鲜明ღ✿✿。20世纪90年代ღ✿✿,国内某高校宣扬ZGM介质管中蕴含40多种微量元素ღ✿✿,有神乎其神的功效ღ✿✿,吸引了许多投资方纷纷投钱ღ✿✿。这些人还到处举办研讨会ღ✿✿,邀请各大高校的老师参会“站台”ღ✿✿。马同泽坚定地说ღ✿✿:“不能为了蝇头小利ღ✿✿,连学术不学术都不管了ღ✿✿。”他不仅抵制参会ღ✿✿,还带头写了一封公开信揭露其伪科学的真面目ღ✿✿,丝毫不怕得罪人pg电子官方网站ღ✿✿。
虽然斯人已逝ღ✿✿,但马同泽培养的大量研究人才ღ✿✿,仍然活跃在热管领域ღ✿✿,践行着他的科学思想ღ✿✿,成为相关领域领军和骨干人才ღ✿✿,在各行各业发光发热ღ✿✿。pg电子最新网站入口ღ✿✿,PG电子·(中国)官方网站气体轴承ღ✿✿!
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