40年打造一顆“強心臟” 浙江理工大學(xué)教授朱祖超帶領(lǐng)團隊突破流體輸送及控制關(guān)鍵技術(shù)
時間:2024-10-15 19:40 來源:jslgpump.com 作者:利工集團 點擊:
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朱祖超講解流體輸送及控制時的技術(shù)難點。 通訊員 馬丁 攝
作為一名長期研究流體輸送及控制技術(shù)的專家，浙江理工大學(xué)能源與動力工程系教授朱祖超的辦公室干凈整潔，既沒有滿墻的專業(yè)書，也沒有堆積如山的資料。
“現(xiàn)在主要靠它。”朱祖超笑著指了指辦公桌上的電腦，又指了指自己的腦袋，“最有用的東西都裝在這里。”辦公室里最有存在感的，是一張超過兩米的長會議桌，這是他與特種流體機械創(chuàng)新團隊開展頭腦風(fēng)暴的地方。
今年，朱祖超教授團隊主持完成的“復(fù)雜多變工況離心泵關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”項目獲2023年度國家科技進步獎二等獎。
“流體的魅力在于，它總能讓你意外。”研究了近40年流體，朱祖超依然對具有探索創(chuàng)新性質(zhì)的項目充滿好奇，在他看來，從家用吹風(fēng)機到航天飛行器，到處都有他們的用武之地，“上天入海都需要一顆‘強心臟’，越了解流體，我們打造的‘心臟’就越堅強。”
上天追星
讓火箭發(fā)動機更穩(wěn)定有力
去年7月12日，朱雀二號遙二液氧甲烷運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空。朱祖超及其領(lǐng)銜的特種流體機械創(chuàng)新團隊，正是助力攻克朱雀二號火箭發(fā)動機渦輪泵關(guān)鍵技術(shù)的專家團隊。
作為運載工具，火箭是太空活動的前提和基礎(chǔ)，從某種意義上說火箭發(fā)動機的能力有多大，太空探索的舞臺就有多大。
“運載火箭的關(guān)鍵在于發(fā)動機，發(fā)動機的關(guān)鍵在于渦輪泵。渦輪泵是火箭發(fā)動機的心臟，也是整個火箭唯一的高速旋轉(zhuǎn)部件。”朱祖超解釋說，朱雀二號火箭定位中型液氧甲烷運載火箭，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且要適應(yīng)極端多工況運行環(huán)境，還要控制成本，開發(fā)難度巨大。
在不到半年的時間里，朱雀二號兩次成功發(fā)射，標(biāo)志著它成為全球首款連續(xù)發(fā)射成功的液氧甲烷運載火箭，其技術(shù)狀態(tài)成熟度和穩(wěn)定性得到了進一步驗證，可靠性達到商業(yè)化發(fā)射交付要求。
在浙江理工大學(xué)PIV實驗室里，朱祖超正在指導(dǎo)學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)，一些突破靈感就是在這個房間里迸發(fā)。
“這個大罐主要是用來往流體里加示蹤粒子，每個粒子相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)追蹤器，來追蹤流體的運動規(guī)律。”朱祖超指著實驗室里一個兩米多高的不銹鋼罐驕傲地說，這里的設(shè)備和研究條件已達世界先進水平，通過實驗數(shù)據(jù)分析，他們建立了相關(guān)模型，“通過模擬內(nèi)部流動特性，來分析它對離心泵整體性能有怎樣的影響，同時我們還能預(yù)測它會怎么發(fā)展。”
低軌星座建設(shè)是國家戰(zhàn)略科技的重要組成部分，對于促進經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義，這需要低成本高效率的商業(yè)運載火箭作為支撐。朱祖超團隊與航天公司緊密合作，經(jīng)過多年聯(lián)合攻關(guān)，突破了渦輪泵多相流動、流體動力設(shè)計等多項關(guān)鍵核心技術(shù)，該研究成果獲得了2022年度浙江省技術(shù)發(fā)明一等獎和2023年度機械工業(yè)技術(shù)發(fā)明一等獎，填補了國內(nèi)液氧甲烷液體火箭多項技術(shù)空白。
入海探寶
把礦藏安全帶回地面
因為需要比較大的試驗空間，朱祖超團隊的實驗室分散在浙江理工大學(xué)的校園各處。朱祖超喜歡在各個實驗室之間穿行，那是團隊一個又一個研究項目攢下的“家當(dāng)”，也是他們攻克一個又一個科研難題的底氣。
朱祖超團隊目前擁有專職教師40名，全部具有博士學(xué)位，除圍繞航空航天、特種船舶等尖端領(lǐng)域的核心技術(shù)的自主可控和國產(chǎn)化開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究及技術(shù)開發(fā)應(yīng)用外，深海采礦也是他們的研究領(lǐng)域之一。
朱祖超從一個塑料桶里拿出兩個土豆大小的黑色圓球，圓球互相碰撞，發(fā)出如石頭撞擊般的沉悶聲響：“這是多金屬結(jié)核，是科考船從6000米深海帶回來的。”
如何在深海海底采集、運輸多金屬結(jié)核，是朱祖超團隊目前正在重點攻克的技術(shù)難題。海洋多金屬結(jié)核主要蘊藏于各大洋5000米至6000米的深海中，其中的金屬儲量遠高于陸地，它們相當(dāng)于陸地銅礦儲量的50倍、錳礦儲量的200倍、鈷礦儲量的3000倍。然而深海作業(yè)不僅要承受深層海水的壓力和腐蝕，還要抵御復(fù)雜的洋流，對技術(shù)和裝備的要求極高，開采并非易事。
朱祖超身后是一個近兩人高的巨大特制玻璃缸，以及一套縮小版的深海采礦水力采集裝置，缸底散落著同樣的多金屬結(jié)核。“我們模擬深海作業(yè)環(huán)境，通過‘水射流’噴射讓附著在海底沉積物里的多金屬結(jié)核漂浮起來，吸進集礦艙里。”他興奮地說，雖然最終開采方案還未確定，但水力采集方案已經(jīng)實驗證明可行，下一步要解決的是如何完成深海運輸。
“我們這一輩人，無非追求兩點，一是推動所在科研方向的進步和成果轉(zhuǎn)化；二是在工作中找到自身價值和快樂。”朱祖超說，他的快樂與價值，合二為一。
朱祖超（右）與團隊成員討論課題。 通訊員 馬丁 攝
攻關(guān)難題
試錯實驗做了100多次
研究了近40年流體，朱祖超獲獎無數(shù)，專業(yè)論文、著作足以列出長長的書單，但在朱祖超的微信朋友圈里，幾乎看不到與這些榮譽相關(guān)的內(nèi)容。
他更愿意分享：跟同行們相聚討論交流一個學(xué)術(shù)問題，聊開心了，發(fā)張照片；去調(diào)研中國最大規(guī)模的煉化一體化生產(chǎn)現(xiàn)場，太震撼了，發(fā)個九宮格；《國際流體工程》期刊正式獲批，發(fā)一條朋友圈……他記錄的生活日常，完美符合大眾對“工科男”的認(rèn)知。他的研究上天入海，而生活上，用他自己的話說，“出差就是我的旅行”。
朱祖超的愛好不多，但都堅持挺久。2003年初到浙江理工大學(xué)任教，他喜歡上了跑步，一跑就是20多年，連出差都要帶上跑鞋。朱雀二號已數(shù)次在酒泉發(fā)射，朱祖超的遺憾之一是沒有吹過戈壁灘的風(fēng)沙，沒有在酒泉跑上一圈。那片記錄著中國航天一步步向前的土地，見證了無數(shù)像朱祖超這樣的科學(xué)家和航天人的汗水與歡呼。
“有機會得去一次。”朱祖超說，他們團隊正配合航天公司研究下一代可重復(fù)使用液氧甲烷運載火箭的發(fā)動機渦輪泵技術(shù)，那又是一個具有探索創(chuàng)新性質(zhì)的項目，“一旦實現(xiàn)可重復(fù)使用，成本將更加可控。”
搞科研有時候就像一場“冒險”，一旦踏上了偉大的旅程，抵達終點的往往是積極樂觀而又堅定的人。朱祖超說，他從不害怕失敗，因為做過太多次試錯實驗。曾經(jīng)為攻克一項關(guān)鍵技術(shù)，團隊開展了100多次的試錯實驗，不少成員一度把行軍床搬進了實驗室，24小時不間斷地輪流開展實驗和計算分析。
“主動對接國家重大戰(zhàn)略需求，服務(wù)地區(qū)、行業(yè)發(fā)展，我會帶領(lǐng)團隊繼續(xù)為之努力。”朱祖超說，讓他感到欣慰的是女兒也熱愛流體工程，正在攻讀博士學(xué)位，“科研事業(yè)，始終后繼有人”。
朱祖超講解流體輸送及控制時的技術(shù)難點。 通訊員 馬丁 攝
朱祖超講解流體輸送及控制時的技術(shù)難點。 通訊員 馬丁 攝
作為一名長期研究流體輸送及控制技術(shù)的專家，浙江理工大學(xué)能源與動力工程系教授朱祖超的辦公室干凈整潔，既沒有滿墻的專業(yè)書，也沒有堆積如山的資料。
“現(xiàn)在主要靠它。”朱祖超笑著指了指辦公桌上的電腦，又指了指自己的腦袋，“最有用的東西都裝在這里。”辦公室里最有存在感的，是一張超過兩米的長會議桌，這是他與特種流體機械創(chuàng)新團隊開展頭腦風(fēng)暴的地方。
今年，朱祖超教授團隊主持完成的“復(fù)雜多變工況離心泵關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”項目獲2023年度國家科技進步獎二等獎。
“流體的魅力在于，它總能讓你意外。”研究了近40年流體，朱祖超依然對具有探索創(chuàng)新性質(zhì)的項目充滿好奇，在他看來，從家用吹風(fēng)機到航天飛行器，到處都有他們的用武之地，“上天入海都需要一顆‘強心臟’，越了解流體，我們打造的‘心臟’就越堅強。”
上天追星
讓火箭發(fā)動機更穩(wěn)定有力
去年7月12日，朱雀二號遙二液氧甲烷運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空。朱祖超及其領(lǐng)銜的特種流體機械創(chuàng)新團隊，正是助力攻克朱雀二號火箭發(fā)動機渦輪泵關(guān)鍵技術(shù)的專家團隊。
作為運載工具，火箭是太空活動的前提和基礎(chǔ)，從某種意義上說火箭發(fā)動機的能力有多大，太空探索的舞臺就有多大。
“運載火箭的關(guān)鍵在于發(fā)動機，發(fā)動機的關(guān)鍵在于渦輪泵。渦輪泵是火箭發(fā)動機的心臟，也是整個火箭唯一的高速旋轉(zhuǎn)部件。”朱祖超解釋說，朱雀二號火箭定位中型液氧甲烷運載火箭，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且要適應(yīng)極端多工況運行環(huán)境，還要控制成本，開發(fā)難度巨大。
在不到半年的時間里，朱雀二號兩次成功發(fā)射，標(biāo)志著它成為全球首款連續(xù)發(fā)射成功的液氧甲烷運載火箭，其技術(shù)狀態(tài)成熟度和穩(wěn)定性得到了進一步驗證，可靠性達到商業(yè)化發(fā)射交付要求。
在浙江理工大學(xué)PIV實驗室里，朱祖超正在指導(dǎo)學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)，一些突破靈感就是在這個房間里迸發(fā)。
“這個大罐主要是用來往流體里加示蹤粒子，每個粒子相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)追蹤器，來追蹤流體的運動規(guī)律。”朱祖超指著實驗室里一個兩米多高的不銹鋼罐驕傲地說，這里的設(shè)備和研究條件已達世界先進水平，通過實驗數(shù)據(jù)分析，他們建立了相關(guān)模型，“通過模擬內(nèi)部流動特性，來分析它對離心泵整體性能有怎樣的影響，同時我們還能預(yù)測它會怎么發(fā)展。”
低軌星座建設(shè)是國家戰(zhàn)略科技的重要組成部分，對于促進經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義，這需要低成本高效率的商業(yè)運載火箭作為支撐。朱祖超團隊與航天公司緊密合作，經(jīng)過多年聯(lián)合攻關(guān)，突破了渦輪泵多相流動、流體動力設(shè)計等多項關(guān)鍵核心技術(shù)，該研究成果獲得了2022年度浙江省技術(shù)發(fā)明一等獎和2023年度機械工業(yè)技術(shù)發(fā)明一等獎，填補了國內(nèi)液氧甲烷液體火箭多項技術(shù)空白。
入海探寶
把礦藏安全帶回地面
因為需要比較大的試驗空間，朱祖超團隊的實驗室分散在浙江理工大學(xué)的校園各處。朱祖超喜歡在各個實驗室之間穿行，那是團隊一個又一個研究項目攢下的“家當(dāng)”，也是他們攻克一個又一個科研難題的底氣。
朱祖超團隊目前擁有專職教師40名，全部具有博士學(xué)位，除圍繞航空航天、特種船舶等尖端領(lǐng)域的核心技術(shù)的自主可控和國產(chǎn)化開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究及技術(shù)開發(fā)應(yīng)用外，深海采礦也是他們的研究領(lǐng)域之一。
朱祖超從一個塑料桶里拿出兩個土豆大小的黑色圓球，圓球互相碰撞，發(fā)出如石頭撞擊般的沉悶聲響：“這是多金屬結(jié)核，是科考船從6000米深海帶回來的。”
如何在深海海底采集、運輸多金屬結(jié)核，是朱祖超團隊目前正在重點攻克的技術(shù)難題。海洋多金屬結(jié)核主要蘊藏于各大洋5000米至6000米的深海中，其中的金屬儲量遠高于陸地，它們相當(dāng)于陸地銅礦儲量的50倍、錳礦儲量的200倍、鈷礦儲量的3000倍。然而深海作業(yè)不僅要承受深層海水的壓力和腐蝕，還要抵御復(fù)雜的洋流，對技術(shù)和裝備的要求極高，開采并非易事。
朱祖超身后是一個近兩人高的巨大特制玻璃缸，以及一套縮小版的深海采礦水力采集裝置，缸底散落著同樣的多金屬結(jié)核。“我們模擬深海作業(yè)環(huán)境，通過‘水射流’噴射讓附著在海底沉積物里的多金屬結(jié)核漂浮起來，吸進集礦艙里。”他興奮地說，雖然最終開采方案還未確定，但水力采集方案已經(jīng)實驗證明可行，下一步要解決的是如何完成深海運輸。
“我們這一輩人，無非追求兩點，一是推動所在科研方向的進步和成果轉(zhuǎn)化；二是在工作中找到自身價值和快樂。”朱祖超說，他的快樂與價值，合二為一。
朱祖超（右）與團隊成員討論課題。 通訊員 馬丁 攝
攻關(guān)難題
試錯實驗做了100多次
研究了近40年流體，朱祖超獲獎無數(shù)，專業(yè)論文、著作足以列出長長的書單，但在朱祖超的微信朋友圈里，幾乎看不到與這些榮譽相關(guān)的內(nèi)容。
他更愿意分享：跟同行們相聚討論交流一個學(xué)術(shù)問題，聊開心了，發(fā)張照片；去調(diào)研中國最大規(guī)模的煉化一體化生產(chǎn)現(xiàn)場，太震撼了，發(fā)個九宮格；《國際流體工程》期刊正式獲批，發(fā)一條朋友圈……他記錄的生活日常，完美符合大眾對“工科男”的認(rèn)知。他的研究上天入海，而生活上，用他自己的話說，“出差就是我的旅行”。
朱祖超的愛好不多，但都堅持挺久。2003年初到浙江理工大學(xué)任教，他喜歡上了跑步，一跑就是20多年，連出差都要帶上跑鞋。朱雀二號已數(shù)次在酒泉發(fā)射，朱祖超的遺憾之一是沒有吹過戈壁灘的風(fēng)沙，沒有在酒泉跑上一圈。那片記錄著中國航天一步步向前的土地，見證了無數(shù)像朱祖超這樣的科學(xué)家和航天人的汗水與歡呼。
“有機會得去一次。”朱祖超說，他們團隊正配合航天公司研究下一代可重復(fù)使用液氧甲烷運載火箭的發(fā)動機渦輪泵技術(shù)，那又是一個具有探索創(chuàng)新性質(zhì)的項目，“一旦實現(xiàn)可重復(fù)使用，成本將更加可控。”
搞科研有時候就像一場“冒險”，一旦踏上了偉大的旅程，抵達終點的往往是積極樂觀而又堅定的人。朱祖超說，他從不害怕失敗，因為做過太多次試錯實驗。曾經(jīng)為攻克一項關(guān)鍵技術(shù)，團隊開展了100多次的試錯實驗，不少成員一度把行軍床搬進了實驗室，24小時不間斷地輪流開展實驗和計算分析。
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