点滴积累 平稳推进 攀科研高峰

——记清华大学“全国百篇优秀博士学位论文”奖获得者王铁峰

研通社记者 谢晓丹 周媛 胡彧

  王铁峰,1994年进入清华大学化工系,1999年毕业,获化学工程学士学位和自动化与计算机应用第二学位,同年直接攻读清华大学化学工程博士学位。2004年清华大学化工系研究生毕业,获化学工程博士学位。攻读博士期间,获清华大学“十佳优秀研究生”、“学术新秀”、“特等奖学金”,“清华大学优秀博士学位论文”和“北京市三好学生”等荣誉。2006年获全国百篇优秀博士学位论文奖。2004年7月至2006年6月在清华大学化工系从事博士后研究。2006年7月起在清华大学化工系任教。

  王铁峰博士的主要研究领域是清洁能源化工、多相流反应器的实验研究、理论建模与数值模拟。他在国内外期刊和会议上发表论文50余篇,其中SCI收录20篇,申请发明专利7项。曾获得中国石油和化学工业协会科技进步二等奖和清华大学科技成果推广应用效益显著专项奖各1项。

  初入清华:度过“困难期” 一点一滴努力

  刚见王铁峰学长,就给记者很平和很谦虚的感觉——他嘴角始终露出和善的微笑,认真聆听我们这些学弟学妹的每一个提问。怕我们口渴,还细心地拿出几瓶纯净水递给记者。

  王铁峰坦言他从本科进入清华到现在,是日常积累,一点一滴努力的结果。

  王铁峰来自吉林省。他刚上清华的时候,压力很大,周围的同学都很优秀,有奥赛获奖的,有外语出色的,还有不少是保送生。那时候在清华的成绩评价体系中,体育和参与班级工作方面占较大的比重,体育在总成绩中占到10%。王铁峰在这两方面都很一般,体育好的同学,成绩能有90分,而他只能达到70多分,这样总评下来成绩就受到很大影响。

  王铁峰是如何度过这个“困难时期”并取得后来的成绩的?在交谈中,王铁峰告诉我们:“虽然那时也很看重成绩,但更看重的是学到了很多新知识,见到了很多新事物,能够感觉到自己在不断进步,这样就能够把精力放在学习本身上,以平和的心态踏踏实实对待每一门课程。学习、生活就像长跑一样,贵在坚持,只要一直努力付出,就能不断进步,而进步本身就是解决一个个困难的过程。”大一是大学生面临的一个重要的转折期,在这一年内,王铁峰有意识地调整自己的心态,有计划地安排自己的时间和精力,通过一点一滴的努力不断克服遇到的困难。当他意识到自己在体育和参与班级工作方面的弱点后,积极地利用这个挑战,从而促进了自己的体育锻炼,参与了一定的社会工作,锻炼了自己的能力。

  在困难面前,王铁峰把压力转化成为了动力,以平和的心态为横轴、坚持的努力为纵轴,开启了自己的清华篇章。他不急不愠、持之以恒地平稳推进。大一时成绩仅在班级的中上游水平,而到了大五学年推研的时候,他的总成绩已跃居到全年级的第一名。

  选择直博 水到渠成 倾心科研项目研究

  王铁峰在大三下学期时就进入了“反应工程”实验室。反应工程实验室由金涌院士于80年代初期创立,其研究领域是化工反应工程和绿色化工技术。经过几十年的发展,它的规模不断扩大,研究领域也在不断扩展,在学术界和工业界都有重要的影响,现在已成为北京市重点实验室。反应工程实验室很有特色,是一栋偏居在清华东北角的两层小楼,老师和同学们都亲切地称之为“小楼”。虽然看起来并不起眼,但国际上相关领域的知名专家来清华访问时,都要来这个实验室参观访问。

  王铁峰进入这个实验室后,在后来成为他副导师的王金福教授的指导下开展一些基本的科研工作。他的第一个科研项目是针对重整过程的径向床反应器进行数学建模和数值模拟。这个过程走下来后,王铁峰感觉收获很大,“这锻炼了我的基本科研能力,培养了勤于思考的习惯。”同时,在课外科技活动中,王铁峰也得到了这个实验室其他老师的指导,特别喜欢这里的学术氛围。因此,“后来选择来这里读研是一个很自然的过程,”王铁峰总结说。

  当时免试推研时也面临一个选择:读硕还是读博?王铁峰经过仔细的考虑,选择了后者。他觉得,选择读博虽然时间较长,但有利于完成相对完整的研究工作。对于直接出国或读硕后出国,王铁峰认为都是不错的选择,国外名牌大学在科研积累、科研作风、科研思路等方面都有很多我们需要学习和借鉴的地方。当然,选择在国内读博,并不意味着不能进行这样的学习和借鉴,现在网络和文献都非常方便,只要抱着一种开放、求新和不断学习的心态,即使在国内,也能向世界各地的著名专家和学者学习。

  读博五年:平稳推进 重在日常积累

  王铁峰说,他能够获得优秀博士论文,首先归结为导师金涌院士和王金福教授的悉心指导和所在“反应工程”实验室的良好研究氛围。实验室的十多位老师紧密协作,组成一个研究平台,在学术活动、研究规划、实验设备等方面进行有效地管理。大家共同努力,互相协作,而不是单枪匹马地作战,这对从事化工方面的研究人员来说,有很大的帮助。“温馨小楼,家的感觉”——这是“反应工程”实验室实验室20多年留传下来的铭言。正是由于这样的研究氛围,“反应工程”实验室迄今为止已经获得过3篇全国百篇优秀博士论文。

  王铁峰还回忆说,他的整个博士期间的研究过程没有太多的波澜起伏,更多的是不懈的坚持努力和日常的点滴积累,而这种坚持的动力离不开对科研的兴趣和对工作的责任感。做博士论文,可能一两个月都没有进展,这是一个考验自己耐心和意志力的过程。一定要坚持,有时候突然就会来了灵感,柳暗花明。

  读博期间,王铁峰的作息时间比较规律:早上8点半到实验室,中午12点下班;中午午睡,下午2点到实验室。晚上没有其他事情的话,一般也是到实验室,工作到11点左右再下班。一天的工作时间在10个小时左右。王铁峰说,工作的时间投入一定要保证,但是工作之余同样要保证休息。他不主张三天两夜泡在实验室不离开的“拼命三郎”式的作风。在工作之余,王铁峰还喜欢打羽毛球,参加实验室每周一次、每次三个小时的羽毛球活动,对调节心情和锻炼身体很有帮助。他还对书法感兴趣,尤其喜欢欧体。

  王铁峰还特别提到一点,学习过程中不能太“功利”,有些知识也许现在没有直接用到,但作为知识储备特别重要,因此在学习中都要认真对待。王铁峰本科时修了自动化的双学位,当时并不觉得对所学的化工专业有多大用处,但所学的知识在后来的博士论文课题研究以及一些应用技术研究中发挥了重要作用。有了自动化专业相关知识的储备,在信号处理、硬件编程和自动控制等方面就能够入手较快,相关问题也能够较容易地得到解决。读博士期间,王铁峰还做了很多与博士论文相关不大的工作,如协助申请国家自然科学基金以及参与横向课题研究等,但正是这些工作锻炼了他的多方面能力,对博士论文的研究工作也有很多的启发。因此,王铁峰总结说,平常多学点东西,多做点工作,虽然不一定能马上发挥多少作用,但对后来的研究,一定会很有帮助,平常的点滴积累非常重要。

  博士论文:突破学术难点 贴近国家需求

  王铁峰的博士论文题目是“气液(浆)反应器流体力学行为的实验研究和数值模拟”,其应用背景是液相一步法二甲醚合成浆态反应器的基础与工程研究”。

  为什么要研究二甲醚合成过程呢?王铁峰解释说,我国石油资源短缺,煤炭资源相对丰富。二甲醚是以煤为原料合成的化学产品,它能代替石油作为未来军用和民用燃料。而且二甲醚燃烧起来污染更少,被誉为“二十一世纪清洁能源”。另外,二甲醚通过裂解可以制取烯烃,是重要的平台化合物。因此,由煤等为原料合成二甲醚的新工艺开发是我国能源关键技术开发的重大研究课题。浆态床反应器是一步法合成二甲醚过程的理想反应器,具有结构简单、传热效率高和容易实现工业放大等优点。但由于多相流体系非常复杂性,并且反应器具有明显的放大效应,因此为了开发和设计高效的浆态床反应器,必须对其流体力学行为和传质行为进行系统深入地研究。王铁峰的博士论文即是对浆态床反应器进行应用基础研究。

  在博士论文中,王铁峰针对二甲醚合成过程的工程开发,提出了一种新型构件式循环浆态床反应器。王铁峰解释说,这种新式的反应器能够在保持高反应转化率的同时,获得较高的反应器效率,降低了生产成本,有利于提高合成燃料的竞争力。为更好地了解这一反应器的行为,王铁峰通过实验测量、理论建模和数值模拟的方法开展了深入的研究工作。

  通过采用群体平衡模型(PBM)并建立气泡聚并和破碎模型,建立了对气泡大小分布进行定量描述的方法,并进一步建立了CFD-PBM耦合模型,实现了对均匀鼓泡区和不均匀鼓泡区流体力学行为的统一建模,成功预测了不同条件下流动参数的分布行为。该研究及后续相关工作获得两项国家自然科学基金资助。这些研究工作对高效反应器的开发和设计具有重要的指导意义,相关成果在AIChE J., Phys. Rev. E, Chem. Eng. Sci.和 Ind. Eng. Chem. Res. 等重要的学术期刊上发表。

  王铁峰还提到,他刚开始做博士论文时,设定的目标并不十分明确,只是定义在浆态床反应器领域开展工作。随着研究的进行,对课题的理解也更加深入。他发现,对于气液和气液固多相体系,气泡大小分布对于相间作用力、相间传质和流体力学行为具有决定性的影响。这也是后来博士论文工作中CFD-PBM耦合模型研究的出发点。有了这一基本思想后,具体实现中也遇到了很多问题。比如气泡破碎模型方面,文献中已有的模型都存在局限,王铁峰通过深入分析,在文献中一种被广泛应用的气泡破碎模型的基础上建立了更合理的模型,被国际同行专家认可并多次引用。这也是研究过程中的一个“意外”收获。

  王铁峰体会说,课题中遇到难题某种意义上是好事,可能是一个很好的研究点,对这个点深入研究,有时会得到意想不到的成果。另外,做博士论文不一定一开始就能够明确看到所有的研究方向和意义,它是一个“摸着石头过河”,不断摸索并加以调整和改进的过程。

  双肩挑:又红又专 行云如水的红色篇章

  学习、社会工作“双肩挑”,培养又红又专的人才,历来是清华大学的优良传统。读博期间,王铁峰做了三年的本科生辅导员工作。

  王铁峰说,刚到清华的时候,他还是一个比较“蔫”的学生。由于自己从小地方过来,多多少少有点自卑感,感觉在视野和组织能力等方面与周围同学存在差距。通过有意识地承担一些班级工作,从开始的课代表、学习委员到后来的团支书,在这些工作中锻炼了自己的能力,也和同学建立了深厚的友谊。这是由于这些努力,使得王铁峰在承担社会工作方面的能力不断得到锻炼,并在研究生阶段承担了本科生辅导员工作。

  在做辅导员的过程中,他经常向老辅导员取经,从他们那里学来的一些宝贵经验对辅导员工作的开展特别有帮助。比如“抓两头、促中间”就是一种有效的工作方法:一头要抓好先进同学和班级干部,对这些同学的能力进行培养,充分相信同学们自主管理的能力;另一头要关注学习上的后进同学和生活上有困难的同学,多花一些精力,关心他们的学习和生活,通过建立“一帮一、一对红”的小组帮助他们。  

  王铁峰说,通过做辅导员工作,一方面为学生管理作出了贡献,另一方面,也使自己得到了全面的锻炼,培养了自己多角度思维问题的习惯以及应对负责问题的能力。这种“方法论”应用到自己的科研工作中来,对科研有不少的帮助。另外,做社会工作固然很好,但必须把握好社会工作和学业之间的平衡。如果协调不好,耽误了自己的学业,也会对所带的本科生产生不好的影响,这不是清华政治辅导员制度的初衷。

  未来梦想:绿色化工,花园式的化工企业

  王铁峰认为,他的求学之路和学术之路,总体上说是一个比较顺利、平稳推进的过程,没有太多的波澜起伏。能够不断进步,更多的还是靠日常一点一滴的积累,从量变而质变。

  谈到自己所取得的成绩时,王铁峰一再谦虚地说,我觉得获得“百篇优秀博士论文”是一个可遇而不可求的过程。它只能说明你做的工作,相对来说比较好,得到了同行们的认同。但是这之后的研究工作,则需要从零开始,又是一个重新努力的过程。

  展望化工学科的发展,王铁峰谈到,化工学科还是一个相对传统的学科,目前国内大学化工系的科研工作中服务于工业的部分还占相当大的比重。但是,国外的情况已经发生了很大的变化。由于国外大的化学与化工公司具备了很强的研发能力,大学和科研机构主要是偏向于基础和理论研究,重视基础研究的源头创新。从这方面讲,我们面临严峻的转折期,必须考虑五年、十年以后我们国内化工学科的重要课题在哪些领域。王铁峰说,对于象他这样刚留校的年轻教师而言,正确选择顺应学科发展方向的研究领域,是需要尽快解决的重要问题。

  采访的最后,王铁峰提到了他读研究生期间一件印象深刻的事:2002年,他去德国的BASF(巴斯夫)公司参观,那是全球最大的化工企业,整个厂区像一个漂亮的大公园,环境非常美好,厂区的污染排放非常少。

  王铁峰说,他的梦想,就是中国的化工企业将来也能成为资源和能源节约、无污染的花园式企业,更好地发挥化工行业在国民经济发展中的支柱作用,而自己能够通过化工专业知识为这一梦想的实现做出一点贡献。听到这里,记者也很受鼓舞,祝愿王铁峰能够在他热爱的科研事业上取得更大的成功。

2007年05月25日 08:54:26  清华新闻网

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