梁佳歡

隨著中國社會經(jīng)濟發(fā)展向更高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級，綠色、可持續(xù)和節(jié)能減排等核心技術(shù)支撐點亦上升到國家戰(zhàn)略的高度。從我國來看，節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)工作仍十分艱巨，尤其是在交通行業(yè)占有非常重要的位置；從國際上看，國際海事組織多年前提出的能效設(shè)計指數(shù)（EEDI）計劃，在2020年和2025年將新設(shè)計船舶的EEDI分別提高20%和30%。

對此，北京理工大學(xué)機械與車輛學(xué)院預(yù)聘副教授、特別研究員、博士生導(dǎo)師王恩華指出：“目前船舶動力系統(tǒng)大部分是中低速柴油機，能效在50%以下，剩下的余熱能通過排氣、進氣中冷、冷卻液和潤滑油等被浪費。船舶動力系統(tǒng)在航行時基本處于穩(wěn)態(tài)工況，采用有機朗肯循環(huán)回收這部分余熱可明顯提高系統(tǒng)能效，降低污染物排放?！?/p>

其實，不僅是在船舶節(jié)能方面，多年來，王恩華的研究方向主要還聚焦在中低溫動力循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)燃機熱流體流動與燃燒模擬，以及新能源車用動力系統(tǒng)性能研究，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，對提高我國的能源利用效率、實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)、促進社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

學(xué)海泛舟，乘風(fēng)破浪

1995年，18歲的王恩華以湖北省鄂州市高考狀元的成績考入了清華大學(xué)汽車工程系汽車工程專業(yè)。

“當(dāng)時我對專業(yè)的了解不多，但我有一個表哥在清華，他學(xué)的是汽車。在1995年，大家覺得隨著經(jīng)濟發(fā)展，汽車在未來會有大發(fā)展，這個專業(yè)可以大施拳腳。而且，我父母也認為‘學(xué)門手藝找工作更方便。綜合這些考慮，我就報了汽車工程專業(yè)。”王恩華笑道。“當(dāng)時，我的班主任幫我爭取了一個湖北省建設(shè)銀行設(shè)立的獎學(xué)金。因為那時汽車工程是五年制專業(yè)，所以獎學(xué)金一共資助了五年。這筆獎學(xué)金對我的幫助很大，要不然我的大學(xué)生活可能沒有那么順利?！蓖醵魅A十分感謝曾經(jīng)幫助過他的人。身為農(nóng)村孩子，王恩華在鄉(xiāng)下度過了小學(xué)和初中時代。但他學(xué)習(xí)很努力，中考時考入當(dāng)?shù)氐氖≈攸c高中——鄂州高中，在老師的關(guān)愛和自己的努力下，學(xué)業(yè)節(jié)節(jié)攀升。

2000年，做本科畢業(yè)設(shè)計的時候，王恩華就加入了歐陽明高院士的課題組，做柴油機電控方面的研究。隨后，在清華大學(xué)汽車工程系攻讀動力機械及工程專業(yè)碩士研究生期間，王恩華也在歐陽老師課題組做發(fā)動機電控研究。

“那時做課題很投入，很早起來就去課題組做科研，中午吃完飯再回到課題組，下午四點鍛煉，晚上吃完飯再回課題組，一直干到晚上十點?；旧厦刻烊绱恕！蓖醵魅A說，他不僅慢慢習(xí)慣了這種科研節(jié)奏，而且喜歡上了這種搞科研的感覺。

研究生畢業(yè)后，王恩華直接參加工作了——作為中國科學(xué)院工程熱物理研究所研究實習(xí)員，主要從事甲醇代用燃料和垃圾填埋氣焚燒技術(shù)的研究。一年后，王恩華進入江鈴汽車集團公司任項目工程師，從事某發(fā)動機技術(shù)引進項目的開發(fā)標(biāo)定工作；2006年，他又進入北京汽車研究總院，從事整車電子控制系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)、汽油機電子控制系統(tǒng)標(biāo)定方面的研發(fā)工作。

“因為當(dāng)時汽車廠引進了很多項目，或者自己開發(fā)一些項目，都需要發(fā)動機電子控制的研究。所以，從江鈴汽車集團到北京汽車，我做的基本上都是跟發(fā)動機電控相關(guān)的研發(fā)工作?！?/p>

在車企工作多年后，2009年，王恩華重回高校，在北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院讀博士，導(dǎo)師為范伯元教授?！皩嶋H上，我博士4年主要做發(fā)動機的余熱利用，采用一個系統(tǒng)將發(fā)動機尾氣和冷卻散熱器的余熱利用起來，提高效率?！?/p>

2013年，王恩華又回到清華大學(xué)汽車工程系歐陽明高院士課題組做了兩年博士后，主要從事熱力循環(huán)和混合動力系統(tǒng)能量效率分析研究。出站后，到英國格拉斯哥大學(xué)（University of Glasgow）做訪問學(xué)者的經(jīng)歷，讓王恩華開闊了視野。雖然在那里他繼續(xù)從事有機朗肯循環(huán)余熱利用的實驗研究工作，但參與的歐盟項目和英國皇家協(xié)會項目，讓他在科研的廣度和深度上都有了更多新的認知。

可以說，從清華大學(xué)研究生“東風(fēng)之友”獎學(xué)金，到北京市科協(xié)第十屆優(yōu)秀論文二等獎；從“北京市第十九屆優(yōu)秀青年工程師”榮譽稱號，到首屆博士生國家獎學(xué)金，再到天津市自然科學(xué)獎一等獎……王恩華收獲一路鮮花和掌聲。此外，他還多次被國際頂尖期刊評為優(yōu)秀審稿人，2017年，更是被評為Applied Energy全球最佳審稿人（個人排名第3）。

回看20年的學(xué)海歷程，一顆科研的種子早已埋在王恩華心里。待夯實了基礎(chǔ)、調(diào)整好步伐，他便輕裝上陣，在學(xué)海里泛舟，不斷乘風(fēng)破浪。

業(yè)精于勤，勇攀高峰

“我愛人、孩子都在北京，回北京就是回家了?！蓖醵魅A說，他沒想過留在國外，所以，2016年年底有個機會就回國了。

到北京理工大學(xué)機械與車輛學(xué)院能源與動力工程系工作之初，王恩華繼續(xù)了他在發(fā)動機尾氣余熱回收方面的研究?！拔以瓉硎亲霭l(fā)動機方面研究的，對發(fā)動機的技術(shù)比較了解，在車廠又做過很多實際項目的開發(fā)，所以回來還帶了兩門課，一門是給車輛工程本科生授課，一門是給國際班英文授課。再就是帶博士、碩士生了。”

從科研工作到教學(xué)工作，再到兩者的結(jié)合，勞累是一定的，但傳遞知識、培養(yǎng)人才的過程，讓王恩華覺得每天都很充實?！白钪匾倪€是培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣。當(dāng)他真正體會到工程學(xué)科——比如工程熱物理學(xué)科的魅力時，了解到全世界最前沿的研究是什么樣時，就逐漸入門了?！蓖醵魅A自豪地說，“近年來，北京理工大學(xué)的學(xué)術(shù)氛圍非常好，所以最近它的排名也上升得很快?！?/p>

帶學(xué)生的同時，王恩華的科研工作也不斷取得突破。2018年申報的國家自然科學(xué)基金面上項目“船用柴油機與非共沸工質(zhì)有機朗肯循環(huán)耦合工作機理研究”獲得批準(zhǔn)，這項研究基于有機朗肯循環(huán)（以下簡稱“ORC”）技術(shù)的船用柴油機余熱動力循環(huán)理論?！半S著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，迫切需要研究適用于船用柴油機余熱動力循環(huán)的高效環(huán)保工質(zhì)?！蓖醵魅A介紹。

事實上，全球主要船用動力系統(tǒng)供應(yīng)商都在開發(fā)余熱動力系統(tǒng)，一些著名大學(xué)和研究所也都在積極進行船用柴油機的余熱動力循環(huán)研究。從目前的研究成果來看，在用系統(tǒng)和研究工作基本都集中于單組分工質(zhì)的ORC系統(tǒng)，難以同時滿足高效、環(huán)保和成本等多方面的要求。此外，當(dāng)前的研究工作基本都集中于設(shè)計工況點的余熱動力循環(huán)性能研究，針對中小功率ORC系統(tǒng)如何克服在非設(shè)計點工況下的能效下降還是一個難點。

而王恩華主持的這個項目，正是關(guān)注上述兩個難點，基于非共沸工質(zhì)ORC技術(shù)，從船用柴油機余熱動力循環(huán)、非共沸有機工質(zhì)選擇、船用柴油機與ORC聯(lián)合系統(tǒng)非設(shè)計工況點性能等方面廣泛調(diào)研分析了各種已有提高余熱回收效率的方法，總結(jié)了已有船用柴油機與ORC系統(tǒng)聯(lián)合工作時存在“高效環(huán)保工質(zhì)優(yōu)選”“非設(shè)計點工況效率下降”兩個共性關(guān)鍵問題，進而針對性地提出了采用基于基團貢獻法優(yōu)選的非共沸工質(zhì)ORC底循環(huán)，在全工況范圍內(nèi)與船用柴油機的聯(lián)合系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化這一解決方案。

王恩華介紹，這項研究成果可有效提升非設(shè)計點工況余熱回收效率，也可應(yīng)用于其他熱源或負荷變化場合，具有重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用價值。

心無旁騖，終有所得

“心無旁騖，終有所得”是王恩華科研的工作寫照。多年來，他聚焦于中低溫動力循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)燃機熱流體流動與燃燒模擬，以及新能源車用動力系統(tǒng)性能研究，取得了一系列成果，不僅應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，還對實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)、促進社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

在中低溫動力循環(huán)系統(tǒng)方面，王恩華取得了一系列具有廣泛影響力的成果。其中，“發(fā)動機-ORC系統(tǒng)耦合機理”成果為有機朗肯循環(huán)與內(nèi)燃機的匹配優(yōu)化提出了一套系統(tǒng)化的方法，有利于實現(xiàn)有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)與車用內(nèi)燃機的最佳匹配，提高聯(lián)合系統(tǒng)的能效，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)；“ORC和Kalina系統(tǒng)性能提升”研究結(jié)果表明，采用組分調(diào)節(jié)或壓力滑移可有效提高系統(tǒng)全年的平均輸出功率，其成果可應(yīng)用于地?zé)崮馨l(fā)電和太陽能熱發(fā)電等場合，提高發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，降低碳排放量；“二氧化碳跨臨界循環(huán)工作特性”的研究結(jié)果，則不僅表明了跨臨界二氧化碳動力循環(huán)的凈輸出功率最大，經(jīng)濟性能處于合理范圍內(nèi)，具有一定的競爭優(yōu)勢，還有利于增進對低溫?zé)嵩炊趸伎缗R界循環(huán)的全面認識。

在內(nèi)燃機熱流體流動與燃燒模擬的研究方面，王恩華也另辟蹊徑。針對煤油預(yù)混燃燒爆震抑制等問題，國際上有采用煤油與汽油等燃料混合燃燒提高爆震極限的研究，但由于汽油具有易燃性，安全性不高。為解決這些問題，王恩華提出了采用噴水來抑制點燃式航空煤油發(fā)動機爆震的方法，研究了噴水對煤油預(yù)混燃燒爆震抑制的機理，其研究成果可在航空飛行器和無人車輛上應(yīng)用。

在新能源車用動力系統(tǒng)性能，尤其是混合動力系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計與能效分析方面，王恩華研究了直驅(qū)混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的節(jié)能潛力，提出了四驅(qū)混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)并與直驅(qū)混聯(lián)系統(tǒng)進行對比分析。結(jié)果表明，采用超級電容儲能的直驅(qū)混聯(lián)系統(tǒng)在城市工況下的節(jié)油率在42%？55%，四驅(qū)混聯(lián)式節(jié)油率接近直驅(qū)混聯(lián)系統(tǒng)?！爸彬?qū)混聯(lián)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于城市公交大客車，四驅(qū)混聯(lián)系統(tǒng)可應(yīng)用于復(fù)雜路面工況的越野車和卡車等重型車輛?！蓖醵魅A介紹。

得益于不斷鉆研與開拓進取的精神，王恩華在科研道路上可謂碩果累累。迄今為止，王恩華已發(fā)表論文60余篇，其中SCI收錄論文34篇。在Google學(xué)術(shù)上論文總被引2093次，H指數(shù)為17。尤為值得一提的是，王恩華已發(fā)表的SCI論文中曾有8篇論文被ESI高被引數(shù)據(jù)庫收錄，2011年發(fā)表在Energy上的論文“Study of working fluid selection of Organic Rankine Cycle （ORC） for engine waste heat recovery”入選該SCI期刊成立40周年40篇高被引論文。與此同時，王恩華已獲授權(quán)專利15項，還主編了一部英文專著、發(fā)表4章節(jié)英文專著。

回顧往昔，展望未來，王恩華覺得自己很幸運?？蒲新飞希恢庇忻麕熤更c，而自己也從未放棄夢想。采訪中，王恩華提及他的導(dǎo)師歐陽明高院士曾說過，做科研最重要的一個事情就是——心要靜得下來，能夠長時間坐下來鉆研課題。而這樣樸素的科研精神，也從王恩華這里得到了代際傳遞，因為他也時常對自己的學(xué)生講：“只要心無旁騖，專注于你的研究，最后肯定會有突破！”