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缪正清——上海交通大学机械与动力工程学院

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最后更新：	2015-11-30

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专家信息：

缪正清，男，1961年生，江苏常熟人，上海交通大学机械与动力工程学院热能工程研究所副教授，博士生导师。

教育及工作经历：

1981.9-1985.7，西安交通大学电厂热能动力工程学士。

1985.9-1988.6，西安交通大学热能工程硕士。

1988.6-1991.5，上海交通大学热能工程研究所助教。

1991.6-1995.11，上海交通大学热能工程研究所讲师。

1995.12-今，海交通大学热能工程研究所副教授。

2000.12-2001.12，加拿大皇后大学机械工程系，高级访问学者。

发明专利：

1. 一种煤粉炉C形直流燃烧器.【实用新型】缪正清，彭彬彬，韩宝驹，李子祥.ZL201520154775.4，授权日2015.07.29.

2. 一种燃烧切圆可控的锅炉.【实用新型】缪正清，王立睿，彭彬彬，韩宝驹.ZL201420307818.3，授权日2014.10.15.

3. 控制并联管组流量按需分配的集箱预流器.【实用新型】缪正清，王恩禄. ZL97234879.4.

4. 带有燃烧筒的蜂窝煤炉. 【实用新型】缪正清，洪春华. ZL91215285.6.

5. 控制集箱内流量分配和汇集均匀的导流板.【实用新型】王恩禄，缪正清.ZL97234391.

6. 多驻涡消烟炉拱. 【实用新型】黄祥新，缪正清. ZL87214390.2.

7. 曲柄驱动式车辆电器设备可靠性试验台【实用新型】程晓鸣;缪正清;邵华;顾力强 ZL03229598.

8. 双缸驱动式车辆电器设备可靠性试验台【实用新型】程晓鸣;顾力强;缪正清;邵华 ZL03229597.

9. 组合循环流化床锅炉.【发明专利】缪正清，陈永国，田子平，章明川，熊天柱，李俊. ZL03116803.5, 授权日2005.7.16.

10. 变节距式过热器与再热器. 【发明专利】缪正清，徐通模.ZL99113926.7,授权日2003.6.18.

11. 控制并联管组流量按需分配的集箱预流器.【发明专利】缪正清，王恩禄.ZL97106482.2, 授权日2001.10.3.

12. 控制集箱内流量分配和汇集均匀的导流板. 【发明专利】王恩禄，缪正清.ZL97106400.8, 授权日2002.3.20.

13. 调节入口烟气流量分配的辐射屏式过热器. 【发明专利】缪正清,任君,徐通模,蒋安众.ZL03150781.6,授权日2005.12.28.

14. 涡旋式宽范围集箱流量调节器. 【发明专利】缪正清，徐通模.ZL00116865.7.

15. 四缸驱动式车辆电器设备可靠性试验台【发明专利】程晓鸣;邵华;缪正清;顾力强 ZL03115899

16. 侧置箭头式流化床风帽【发明专利】缪正清;潘家泉;刘继东;于忠义;冯冰潇 ZL200810041463

17. 用于循环流化床锅炉流动密封型返料装置的溢流墙【发明专利】 缪正清;杨雪平 ZL200810040922

18. 变节距式过热器与再热器【发明专利】 缪正清;徐通模 ZL99113926

上海交大与中平能化集团开展战略合作

12月30日上午，中平能化集团董事长梁铁山一行访问交大。上海交大与中平能化集团战略合作签约仪式举行。在张杰校长和梁铁山董事长的见证下，副校长张文军与中平能化集团副总经理万善福签订《上海交通大学－中国平煤神马能源化工集团产学研战略合作框架协议书》。校办主任汪后继、科研院常务副院长刘燕刚、副院长曹兆敏，教务处副处长郑益慧及院系负责人参加签约仪式。仪式由刘燕刚主持。

张杰校长代表学校对战略合作签约仪式的举行表示祝贺。张杰在讲话中指出，上海交大始终把产学研结合作为推进世界一流大学建设的一个重要的战略，积极探索和总结产学研合作的各种途径。通过对接国家战略需求，学校不断调整学科建设的方向，通过学科交叉，把具有竞争优势的学科，打造成学科群，形成核心竞争力。通过联手大型骨干企业，加强跟大型企业的合作，共同解决企业发展中的科技问题，并从中提炼科技问题，有效地提升学校的科研竞争力。张杰希望双方通过开展战略合作，推进深层次的产学研合作，达到双赢的效果。

梁铁山董事长表示，希望通过此次合作交流，能够在硅烷法制多晶硅、电厂节能改造、甲醇燃料等方面进一步深化科研合作，建立产业技术创新战略联盟，开展技术合作和联合攻关。并以此为契机，进一步密切双方的合作，探索专业人才的委托培训，加大科技资源与产业资源的优势对接，开创资源共享、高效配置、联动创新的新局面，实现校企互利共赢。

副校长张文军与中平能化集团副总经理万善福签订《上海交通大学－中国平煤神马能源化工集团产学研战略合作框架协议书》。根据协议，上海交大与中平能化集团建立产学研战略合作关系，成立校企产学研合作联盟，鼓励上海交大技术成果的转移、转化和产业化，鼓励中平能化集团下属企业与上海交大开展全面的技术研发与产学研合作；上海交大围绕中平能化集团的产业结构调整和升级要求，对一些重大共性关键技术进行技术攻关，促进传统产业改造和高新技术产业发展，推动企业自主创新能力的提高。

据了解，双方的合作还包括创新人才培养方面。双方将采取灵活多样的培养方式，通过各类教育合作形式，联合培养富有创新精神和实践能力的高素质、高层次专业技术人才。中平能化集团作为上海交大的校外教学与学生就业基地，为学生实习创造条件；上海交大考虑为中平能化集团技术人员提供工程硕士教育便利，推进在职研究生培养。

在战略合作框架协议下，中平能化集团首山焦化公司董事长姜玉山与上海交大化工学院肖文德教授签订《百吨级新硅烷多晶硅生产示范工程项目》项目合作意向书；中平能化集团电力事业部总经理李广民与上海交大机动学院缪正清教授分别签订了《230t/h锅炉低温烟气余热深度利用技术的应用》项目合作协议和《高清醇基燃料替代电厂用柴油点火技术研发与应用》项目合作协议。

在张杰校长的陪同下，梁铁山一行还参观了上海交大科技成果展示厅和能源研究院展示厅。

中平能化集团是一家以能源化工为主导的国有特大型企业集团，产业遍布河南、湖北、江苏、上海、陕西等9个省区，产品远销30多个国家和地区，与40多家世界500强企业及跨国集团建立了战略合作关系。旗下拥有平煤股份和神马股份两家上市公司。

来源：上海交通大学

所获荣誉：

1. 2014年7月5日，荣获《科学中国人(2013)年度人物》(能源与矿业领域)。

2. 2014年，获上海交大烟台龙源奖学奖教金。

所获奖励：

1. 2013年，“包头第二热电厂#4锅炉燃烧器改造”，获华能北方联合电力有限责任公司科技进步二等奖。

2. 2009年，“燃煤工业锅炉与电站锅炉节能环保技术的研发与应用”，获上海市总工会颁发的上海市2008年度职工节能减排优秀合理化建议一等奖。

3. 2008年， “提高电厂CFB炉循环流化设备可靠性的关键技术研发”，获内蒙古自治区科技进步三等奖。

4. 2008年，“提高电厂CFB炉循环流化设备可靠性的关键技术研发”，获北方联合电力有限责任公司科技进步一等奖。

5. 2007年，“电厂锅炉结焦的TFJT 诊断及燃烧器改造”，获陕西省电力公司科技进步一等奖。

6. 2004年，“锅炉空气动力创新教学实验平台建设”，获上海交通大学教学成果二等奖。

上海交通大学烟台龙源奖学奖教金颁奖典礼举行

12月17日，上海交通大学烟台龙源奖学奖教金颁奖典礼在机械与动力工程学院举行。烟台龙源电力技术股份有限公司上海分公司总经理杨雪松、周红新、王程，机械与动力工程学院党委副书记顾希垚，热能工程研究所所长姜秀民等出席了颁奖典礼。

顾希垚代表学院致辞，欢迎烟台龙源电力技术股份有限公司嘉宾的到来，对获奖学生表示祝贺。他介绍了往届上海交大学生在公司的工作成绩，希望双方在科研和人才培养领域开展更深入的合作。姜秀民从教学、科学研究等角度简要介绍了热能工程研究所的良好发展，描绘了与公司合作发展的美好蓝图。

杨雪松介绍了公司的发展情况，肯定了上海交大毕业生为公司做出的贡献，并对获奖者表示衷心的祝贺。获奖教师缪正清、研究生赵善辉代表获奖师生发言，分别介绍了自己的研究领域和未来规划与展望，表达了对公司的感谢。

上海交通大学烟台龙源奖学奖教金已经连续举办三届，旨在奖励热能工程研究所在教学科研工作中表现突出的教师，以及热能工程专业成绩优异、全面发展的研究生。希望获奖师生再接再厉，在学习和科研的道路上更上一层楼。

来源：上海交通大学机械与动力工程学院 2014-12-19

媒体报道：

1. 《科技日报》报道《煤炭清洁高效燃烧领域理论技术与工程应用的探索者---记上海交通大学缪正清副教授》（第16版两会特刊，半版）2015.3.10

2. 《中国科学报》报道《应用经典力学方法解决锅炉理论难题---访上海交通大学副教授缪正清》（第11版两院院士大会专题——创新驱动引领发展，半版） 2014.6.10

3. 《科学中国人》报道《缪正清：注重锅炉基础理论研究的学子》（开篇页起6版）2013.12.23

4. 《科技文摘报》报道《缪正清：畅游科海谱写新篇》（第5版科技前沿，1.5个版面）2014.6.13

煤炭清洁高效燃烧领域理论技术与工程应用的探索者

——记上海交通大学缪正清副教授

我国经济的快速发展离不开能源及其动力工业的支撑。我国的能源资源结构以煤炭为主，煤炭的总体品质较差，相对于工业化发达的国家，我国在能源的利用效率、环保等方面面临巨大的挑战。

缪正清深切地了解我国能源资源结构这一国情，毅然地选择了煤炭清洁高效燃烧这一具有重要研究和应用价值的方向。三十年来，他一直围绕锅炉的高效燃烧、可靠工作、经济运行、清洁排放等方面开展理论与实践相结合的研究，并与企业合作，在研发技术的同时，努力应用于工程，为能源企业排忧解难，为社会创造了可观的经济效益。

十年实践，工业锅炉强化燃烧、消烟除尘成果显著

缪正清选择煤炭清洁高效燃烧这一研究方向，他说要感谢导师黄祥新教授的引导。黄教授是国内研究工业锅炉强化燃烧的杰出学者，是上世纪五十年代苏联专家为我国培养的少数几位热能工程的研究生之一。在文革期间，黄教授将锅炉燃烧原理与改炉实践相结合，发明了双人字形高覆盖率炉拱结构，破解了我国工业锅炉燃烧劣质煤着火困难、燃尽差、热效率低、普遍达不到额定出力的技术难题，并因此获得原机械工业部1986年科技进步一等奖第一名、1987年国家科技进步二等奖。该技术在全国各个工业锅炉制造厂得到全面推广。

缪正清就读研究生期间，在导师的指导下，他第一次设计的炉拱是西安蝴蝶手表厂的1台6.5t/h散装锅炉。经过改造，锅炉最大实际产汽量从改造前的4.8t/h，改造后提高到8.3t/h，热效率也显著提高。接着，另外三台锅炉也很快进行了改造，一举解决了用气不足的问题，用户十分满意。此后，西安、咸阳、河南的一些企业来找黄教授改造锅炉的任务老师都交给了他去做。考察、设计、改造、调试、验收一系列改炉实践，使他在较短的时间内积累了工业锅炉强化燃烧的实际经验。

1986—1987年缪正清随导师参与延安大气污染综合治理研究，经过反复的分析、试验，研制成功了以预燃室和M型消烟炉拱的结构组织前后拱烟气对冲燃烧的专利技术，应用于延安地区招待所、延安军分区、延安制药厂、延安卷烟厂、延安地区外贸局的锅炉改造，取得了烟气林格曼黑度从4—5级降为零级的消烟效果(从烟囱看不出锅炉是否在运行)。在此基础上，延安地区环保局组织现场交流会，并发文限期改造，两个多月就改造锅炉19台。这些工作为延安市大气污染治理做出了贡献，该项目获得国家环保部科技进步三等奖。在1985—1995十年间，改造遍及陕西、河南、上海、江苏、浙江、山西、山东等数十个企业，总计100余台工业锅炉，为企业节能、环保创造了显著的经济效益和社会效益。

十年钻研，攻克多项锅炉理论难题

1995年起，缪正清的科研方向转向电站锅炉，聚焦锅炉领域若干重要理论问题，潜心研究十年，获得处理这一类复杂问题的科学分析方法，使多个数十年以来的难题，一一得到理论解析。

他从多年的教学和工程改造实践中，提炼锅炉专业中的科学问题，按照科学研究的建模、理论推导，以及结合计算机求解的方式去进行探索。在复杂科学问题的建模实践中，他不断吸取教训，总结经验。这期间发表了一批有影响的论文，包括：《煤粉炉火焰刷墙时颗粒对壁面对流传热模型》《集箱并联管组内单相流体的流动特性》《集束射流的流动物理》《旋转射流的流动物理》《层状布置组合直流射流的流动物理及其工程应用》《循环流化床轴向空隙率与静压分布的数学物理模型及其实验验证》和《循环流化床U型回料阀内气固两相流模型》等，推动了锅炉基础理论的进步。这些研究也为此后十年他对电站锅炉的燃烧技术改造打下了扎实的理论基础。

十年奋斗，献身于电站锅炉技术改造

缪正清认为解决一个专业上的理论难题，只是取得了进入这一领域的入场券，要真正解决现场问题，还必须结合工程实际，在工程中不断磨练，并同一线的工程技术人员搞好协作。

以循环流化床锅炉炉膛气固两相流理论研究的突破为基础， 2005—2006年他将其应用于解决包头第一热电厂2台470t/h循环流化床锅炉布风板风帽漏渣与磨损的改造工程，使其从每周一停的“礼拜炉”改造后达到长周期稳定运行。该成果2007年获得华能北方联合电力有限责任公司科技进步一等奖、 2008年获得内蒙古自治区科技进步三等奖。

直流燃烧器组合射流轨迹的理论预测曾经是国内外长期没有解决好的燃烧流体力学问题，影响到电站锅炉燃烧空气动力的科学设计。缪正清经过多年研究后，于2001—2003年解决了理论建模难题，并且获得了方程的数值解，开发了应用程序。从2003年起先后将其应用于上海闵行发电厂、山西河坡电厂、姚孟发电公司等机组锅炉频繁灭火事故的分析、燃烧器改造方案的制定，改造后消除了锅炉灭火隐患。还解决了陕西银河投资集团榆林上河发电厂，丰镇发电厂、包头第二热电厂锅炉严重结焦、影响带负荷的技术难题。其中，上河电厂锅炉改造前后机组从110ＭＷ提高到满负荷135ＭＷ，相当于增加了2台25MW机组，2006年6月初和10月底先后完成锅炉燃烧器改造后，至2007年2月总共为电厂带来2660万元的直接经济效益。该成果在2007年获得陕西省电力公司科技进步一等奖。

对包头第二电厂锅炉的改造是产学研合作一个典型例子。该厂长期燃用结焦性较强的煤，4台锅炉长期不能高负荷运行。从2009年到2012年，缪正清团队先后对该厂4台锅炉全部进行了燃烧器改造，每台锅炉平均提高负荷30—50MW，每台机组改造后的年直接效益达到5000—6000万元。

2013年，缪正清团队承担的包头第二热电厂#3炉的改造，成为北方联合电力公司首个实施的低氮燃烧器改造工程；2014年下半年以来他们中标了包头第二热电厂#1、#2、#4机组，丰镇发电厂#5、#6机组锅炉低氮燃烧器改造工程，现在4台机组已经投入运行，各项改造性能指标良好，满足了低氮排放的标准。最后1台锅炉近日将投入运行。他们为济南锅炉厂设计的燃烧器还应用在出口印度和印尼燃烧褐煤的锅炉上，也取得了防止结焦的良好效果。

缪正清在多年来的产学研结合的过程中，获得十多项国家专利，还结识了一批工程技术专家，在工程技术上得到了他们的无私援助和支持，也从这批专家身上学到了许多宝贵的知识。

缪正清并没有满足于已有的成绩，他说：“科研工作者需要不断实践，不断思考，不断创新，才对得起我们这个伟大的时代。”

对我国雾霾成因提出新见解

“雾霾”以前是个陌生的词汇，自从2013年年底从京津冀扩展至全国以来，以其污染的严重性和常态化而为妇孺皆知。也是从那时候起，引起缪正清对这种不正常环境现象的思考，先后四次撰写文章，发表在百度文库，希望能引起专业人士的探讨。

一般认为，雾霾污染与我国经济快速发展、能源结构、能源的高速消费有着紧密的关系。在缪正清看来，可能还存在一些隐性的问题，目前还没有深刻认识，导致因其污染脱离开了环保的有效控制而兴风作浪引发严重雾霾。因此，他认为两个方面均需要研究，以便使今后的环保措施能够有效地抑制严重雾霾的产生。

我国能源结构由于资源禀赋而高度依赖煤炭。能源结构也决定了污染的主要方式。我国很长时期以来，大气污染以煤烟型污染为主，其中的粉尘、二氧化硫、氮氧化物也主要与燃煤有关；近年来，汽车的大量使用，钢铁、化工生产的排放也成为大气污染的一个不可忽视的来源。但总体上仍不能与前者相比。

尽管我国对于煤炭使用的主要行业电力与工业，燃煤的主要设备：锅炉与窑炉等制定了与发达国家标准接近的严格的空气污染物，如粉尘、二氧化硫、氮氧化物排放标准，并且，实际排放总体符合国家环保标准，但是，为何到2013年年底，我国大气质量突然恶化，形成了严重雾霾？一年多以来，环保和相关的科研单位都在寻找雾霾之源，却仍无确切结论呢？

缪正清根据雾霾的定义、综合大气样本成分、雨水样本成分以及雾霾的出没特征，反思近几年大规模湿法烟气脱硫工程可能的副作用，怀疑全国性严重雾霾的反复出现可能与湿法烟气脱硫工艺有关。他在发表的文章中作了详细的分析。这里综述他的一些主要看法。

脱硫与脱硝是近年来开始大规模应用、解决煤燃烧排放形成酸雨的环保技术。电力系统在国家行政推动下，在前3—4年内烟气脱硫任务已迅速全面完成，烟气脱硝也已基本完成。正因为如此，即使还有一些其他工业和工业锅炉执行排放不严的情况，但全国的酸雨确实少见了，这是我国环保在近几年里取得的最显著而直接的效果。

缪正清认为，烟气脱硫(湿法)与烟气脱硝，这是一项全国规模的巨大工程，也是全世界最大规模的环保工程，因此，如果其本身存在还没有被认识到的副作用，则其影响同样巨大。

现在看来，以往对于湿法烟气脱硫对大气副作用的认识可能是不足的。由于雾霾的越来越严重，又与湿法烟气脱硫工程的大力推广时间节点同步，因此，即使对于湿法脱硫工艺稍有了解的一般科技人员也会自然地联想到这个问题。

缪正清经常深入火力发电厂现场，尽管他对烟气脱硫以往关注不多，但自从严重雾霾出现后，他开始对雾霾问题进行思考。

他总结了我国雾霾的四个特点，即全国性、突发性、严重性与反复性。即雾霾从2013年底突然大范围出现后，一直以高频率、高浓度影响着全国各地的大气环境。他认为雾霾研究的有效理论，必须首先能够解释这四个特征及现象。据他分析，这很可能与大规模湿法烟气脱硫预先没有预料到的副作用相关。他认为雾霾问题分析应该大胆怀疑，小心排除，不放过任何一个可能的因素。他还认为大气层的气溶胶是雾霾能够兴风作浪的前提条件！也是处理问题的难点！

湿法烟气脱硫引起雾霾受到他的怀疑，有几个原因：一个是湿法烟气脱硫确实会排放符合形成雾霾条件的PM2.5颗粒与水蒸气；二是数量相当大；三是这部分污染是新增加出来的；四是大量增加他提出的云层污染——云霾；五是大幅度延长污染颗粒物在大气中的停留时间，累积成很高的细颗粒浓度；六是可以解释雾霾的四大宏观特征表现。如果这一问题引起相关科研工作者的重视，无论这一怀疑得到证实，还是最终被否定，对于雾霾研究都有着重要的意义。

不过，在不能改变以煤炭为主的能源格局情况下，他还是建议，基于我国煤质灰分、硫分含量高的特点，我国要学习国外煤炭利用普遍采用洗煤的经验，首先从煤炭能源的源头上解决污染元素的减量化，减轻使用设备的除尘、脱硫负担，并通过强化环保标准，减少燃煤排放带出颗粒物，并寻求改进技术，大幅度控制向大气排放水蒸气，切断形成雾霾的基本条件。

他相信，如果各行各业将问题都能透明化，控制颗粒排放、控制污染气体包括水蒸气等气溶胶的排放，我国雾霾严重的局面，一定会显著改变，蓝天一定会重新归来。

来源：科技日报 2015年第3期

上海交大缪正清：应用经典力学解决锅炉理论难题

煤炭、电力是我国重要的支柱产业，锅炉是它的代表。为使锅炉安全、高效、清洁地运行，有千百万人为之奋斗。近日《中国科学报》记者走访了上海交通大学缪正清副教授。他在煤粉锅炉、循环流化床锅炉、链条炉排锅炉的煤燃烧、气固两相流、射流力学等方面创新了多项锅炉技术基础理论并应用到实际工程中，取得了显著的效果。让我们寻访他的创新之路。

记者：据我们了解，您在锅炉技术理论研究和工程应用方面做了不少工作，取得不少成果，我想您一定有不少独特的方法可以与大家分享，首先请您介绍一下您的求学经历好吗？

缪正清：我是1981年至1988年在西安交通大学能源与动力工程学院攻读电厂热能动力工程和热能工程专业，获得了本科和硕士学位。毕业之后，分配到上海交通大学能源系，从事锅炉原理、热力学、传热学等课程的教学。工作十年后，为了进一步提高自己学术研究的能力，又考回母校完成了在职博士的学业。

记者：在您人生的各个阶段中，有没有出现对您影响很大的人或者事？请结合具体事例谈谈。

缪正清：有很多人和事。父母的养育、姐弟的支持，老师的教育，工作中同学、朋友的帮助，环境的驱动，数不胜数。读研究生后，在导师的引导下走上科研道路。黄祥新老师、夏长江老师指导我工业锅炉研究、徐通模老师指导我电站锅炉研究，使我终身受益，永生难忘；参加工作后还博文、田子平、章明川、蒋安众等教授对我的教学及工作实践进行热情的指导，他们也是我的老师；在长期的科研实践中，大学时期的班主任曹玉民老师、张仲民老师始终鼓励和支持我，刘丰元高工、张修文高工、郭平高工等一批工程专家在工程技术上协助我；同窗好友高晖博士等的影响也促使我努力进行学术研究等。

记者：您曾是加拿大皇后大学机械工程系高级访问学者，国外这段经历给您带来了怎样的影响？

缪正清：在加拿大一年的进修，对我的学术研究有很大的影响。出国前，我主要在工业锅炉强化燃烧与电站锅炉水动力学方面进行过一些研究。到加拿大进修期间，我开始接触一个新的方向——一种强射流/弱射流(SJ/WJ)组合类型的天然气超低NOx燃烧器的射流轨迹模型研究。

我从学习国外学者的研究工作开始，首先使用微分方法代替了他们的积分方法，建立了射流轨迹的微分方程，相对于射流轨迹的积分方程，我的方法从轨迹方程的建立到差分求解变得简单而容易，由此，我想能否把这一方法进一步拓展到解决更为复杂的集束燃烧器射流轨迹，以及具有更大意义的旋流燃烧器与煤粉炉层状布置直流组合射流的轨迹问题？后来的研究工作表明，这一目标是正确的。

记者：您曾先后建立了锅炉领域的多项理论模型。能用通俗的话语给我们具体阐述一下吗？这些理论形成的背景、关系是什么？您在实际工作中又是如何完善和丰富这些理论内涵的？

缪正清：我在从事热能工程的教学与实践中，接触到了一些重要的工程理论问题，我主要采用了经典力学的分析方法对其进行理论建模研究。

我在电站锅炉研究中做的第一个课题是关于煤粉炉火焰刷墙时颗粒对壁面对流传热的理论模型研究，这是国家八五科技攻关项目“煤粉炉炉膛内传热模型”的一个子课题。主要研究颗粒对于炉膛传热的影响。通过建立气固两相流模型和颗粒传热模型得到了颗粒对于炉壁的对流传热计算公式。这一模型使得火焰刷墙时炉壁传热急剧增加的现象、贫煤锅炉发生高温腐蚀的普遍性现象都能得到理论上的解释。

电站锅炉集箱并联管组水动力学问题是我在电站锅炉方面研究的第二个问题。它的背景是为了准确地确定大容量电站锅炉的过热器、再热器并联管组内流量分布，这也是国内外动力工程中长期未解决好的经典难题。我在“电站锅炉分配集箱系统单相流体流动特性的研究”中，首次指出了现今使用的水动力计算标准方法中，关于并联管组内单相流体流量分配的计算方法存在缺陷的实质所在。“集箱与并联管屏系统单相流体的流动特性”是目前国内外关于屏式结构并联管组三维结构内流动特性分布的第一个严格的分析解。

射流流动研究这是一个引人入胜的课题。射流因为具有一个显著的特征，就是在它的能量耗散之前与其周围流体流动有着速度的明显差异而形成流动的边界轮廓，射流往往与环境流体或者与其它的射流相互作用，因而改变着它的走向，射流的走向基本上以射流中心线为代表，通常称之为射流的轨迹。因此，获得射流轨迹就得到了射流流动的一系列关键参数的变化规律。这也是射流流动不同于一般流体流动的特点，也是射流轨迹研究有可能采用简化理论模型研究的特殊性所在。

我通过对这类问题的分析，总结了以下这些研究方法，包括：采用将射流特性简化到射流中心轨迹上的集中参数法；将射流轨迹的切向与射流动量矢量一致作为将射流轨迹向流体动力学研究转化的桥梁；建立组合射流中单股弯曲射流的质量方程；提出多自由射流卷吸流场的合成原理以解决多射流中单射流与多射流之间的质量交换和动量交换的计算方法；提出在自由射流质量方程中引入质量交换系数将其转变为用于研究冲击射流的质量方程；以射流微元段为基本研究对象的受力分析方法；以质量守恒、牛顿第二定律和能量守恒定律和动量矩守恒应用于射流微元段为建立微分方程的通用方法。通过这些方法，我获得了集束燃烧器、旋流燃烧器、切圆布置直流燃烧器等射流力学的轨迹模型。大家可以看我的论文——《集束射流的流动物理》《旋转射流的流动物理》《层状布置组合直流射流的流动物理及其工程应用》等。

循环流化床气固两相流模型主要研究沿着炉膛高度空隙率(或者颗粒浓度)分布及静压分布。空隙率是循环流化床气固两相流的主要状态特征参数，其变化规律涉及流动、传热、传质、燃烧、受热面设计、辅机选型等各个方面。循环流化床由于强烈的气固作用，不仅应用于发电锅炉，作为一种洁净燃烧发电方式，而得到迅速发展，同时在大型煤气化、燃料电池、化工、冶金等广泛的工业领域有着重要的应用，但是几十年来对其气固两相流宏观特征理论模型的研究一直进展不大。大学时代就知道这一问题的难度。2002年我着手尝试这一问题的研究。经过反复摸索，在将问题简化后，通过经典力学分析得到了微元层气固两相流微分方程。我发现这是一个特殊的方程。因为包含空隙率的三项由巨量级之差等于微量级构成。这类方程还不能通过量纲分析来丢掉微量级项。这正是计算数学上提到的“病态方程”。我借鉴计算数学处理“病态方程”的方法——将巨量级差项转变成新的微量级差项，最终找到了解决这一学术难题的出路。我想，以往学术界可能没有敏锐地注意“巨量”和“微量”的问题。我提出的理论模型经过不断改进、完善、实验验证，用了九年时间，到2010年才发表，题目是《循环流化床轴向空隙率与静压分布的数学模型及其实验验证》。

记者：在这些项目中，您认为最有意义的是哪一个？在该成果的攻关过程中，有没有遇到什么难题或者发生什么让您难忘的事情？

缪正清：在科学研究中，我首先瞄准意义重大的课题。先后研究的集箱水动力学、射流轨迹、循环流化床轴向空隙率的变化规律等，都是学术界没有很好解决的难题，探索这类问题的理论模型都有较大的意义。集箱水动力问题在大机组锅炉中普遍存在，这方面的研究事关全国数千台电站锅炉中过热器与再热器的安全问题。对于循环流化床气固两相流的研究，虽然涉及到了一个很重要的问题，但是，循环流化床技术还有很多的科学问题需要研究，目前仅仅是开始。要说意义最大我说应该是关于射流的研究。燃烧器射流力学的研究涉及集束射流、旋转射流、层状布置组合射流，已初步形成研究系列。这一成果的意义：一是丰富了燃烧器射流力学理论，二是有着广泛而现实的工程应用价值，对于高效、环保大机组锅炉燃烧器设计及运行具有重要的指导作用。

研究课题，不是条条路都能成功。有时只有一两条。要克服各种障碍。所以，遇到的难题一言难尽。成功的思路都体现在论文的过程中。

记者：请您与我们分享和传授一下您和企业合作的成功经验？

缪正清：企业是工业技术的载体、科技创新的舞台。电力行业对于设备缺陷与技术问题都非常重视。我在大学里教学的同时，所开展的科学研究得到了企业的关注与支持，如上海锅炉厂、济南锅炉厂等委托产品关键技术的联合研发，上海闵行发电厂、山西河坡发电厂、榆林上河发电厂、姚孟发电公司及华能北方联合电力公司下属的多个电厂，如包头第一、第二热电厂、丰镇发电厂、上都发电厂等将重要的工程项目委托我们，使我们有机会将科技成果直接应用到大型工程，并在实践中得到进一步提高。我们每到一个电厂，本着全心全意为电厂服务的宗旨，本着虚心向电厂技术人员学习，向工人师傅学习的态度。我们的工作得到了所有服务电厂领导、技术人员和工人师傅的支持、配合。通过项目合作为企业创造的直接经济效益数以亿计。合作成果多次获奖。没有他们的支持，可能会一事无成，在此，也对他们表示诚挚的谢意！

记者：据了解，您不仅承担科研工作，还长期挺立在教学一线。在多年的教学过程中，是否总结了好的经验？请与我们分享。

缪正清：作为一名教师，要通过博览众书，认真消化、继承前人的研究成果，传递给学生，要找出前人的不足，提出自己研究的问题和方向进行深入地研究，还要经常到实际中去结合。最后，再将得到的成果尽快应用于教学之中。

记者：您认为作为一名科研工作者最需要具备的素质是什么？对于能源动力学的后辈，您有着怎样的期望和建议？

缪正清：作为教师和科研工作者需要一辈子不断学习，不仅学习书本与文献，还要到实践中学习，向身边的人学习，向超过自己的人学习。永远抱着学习的心态。科研工作要不怕失败，要有顽强的意志去奋斗，持之以恒，才可能有所收获。

能源动力是国家的长线专业，希望有更多优秀的年轻人加入进来，为国家的能源事业共同努力！

记者：工作之余，您有哪些业余爱好？您的这些爱好和您自身的工作有必然的联系吗？

缪正清：参加工作后，工作之余，我也看中国古代的传统文化，如古代哲学、古文字、中医学等书籍，其中不能理解的问题吸引着我，产生了兴趣。在这些方面，我也发表了一些我的见解。这些爱好对促进我的专业教学和科学研究都有积极的作用。

来源：《中国科学报》 (2014-06-10 第11版专题)

缪正清：注重锅炉基础理论研究的学子

缪正清，上海交通大学机械与动力工程学院热能工程研究所副教授。1985年、1988年、2004年先后毕业于西安交通大学能源与动力工程学院电厂热能动力工程、热能工程（锅炉）与动力工程及工程热物理专业，获工学学士、硕士和博士学位（在职）。1988年分配到上海交通大学能源系。1988年、1991年、1995年先后任助教、讲师和副教授（破格晋升）。2001年作为高级访问学者，在加拿大Queen’s University 先进气体燃烧技术中心工作一年。长期从事煤粉锅炉、循环流化床锅炉、链条炉排锅炉的煤燃烧、气固两相流、射流力学等方面的教学和科研。坚持专业研究中的理论探索方向，在采用经典数学物理方法结合现代计算数学解决锅炉重要技术基础理论方面多有创获。解决了工程应用中的一批技术难题。发表专业论文60余篇，其中，被SCI、EI收录论文20篇。1987年以来，申报专利15项，其中获得授权发明专利和实用新型专利各6项。负责完成企业各类锅炉技术改造项目近百项。合作项目获陕西省电力公司科技进步奖一等奖与北方联合电力公司科技进步奖一等奖各1项，获内蒙古自治区科技进步奖三等奖1项。

锅炉——包括工业锅炉与电站锅炉，是世界各国热能与动力工业的重要装置。我国以煤炭为主的能源结构，使我国的燃煤锅炉在世界上具有最大的规模。据统计，2012底我国工业锅炉(小型锅炉)总数达到近60万台，电站锅炉(大型锅炉)相应的火电装机容量已经达到8.1亿千瓦。2012年我国原煤产量36.5亿吨，其中的三分之一和二分之一分别被用作工业锅炉与电站锅炉的燃料。虽然锅炉技术不断进步，但仍然存在不少问题：燃煤工业锅炉性能差、效率低、污染严重；大容量电站锅炉会因煤质变差产生炉膛结焦、灭火、超温爆管、高温腐蚀等安全事故。上海交通大学副教授缪正清密切关注锅炉行业的这些重大问题，从中归纳提炼出研究课题，纳入教学与科研之中，深入开展理论研究，取得了多项显著的研究成果。

理论研究通常分两种方法，一种是经典的数学物理建模——主要通过抓住问题的本质，经过适当模型简化，建立常微分方程(组)进行求解，另一种是基于对通用本构偏微分方程组在时空网格离散后进行求解。一般把前者简称为经典理论方法，后者简称为通用数值模拟方法。缪正清认为，传统的数学物理方程限于分析解，因此，限制了它的应用范围也影响了它的使用价值，然而，随着计算机的普及，现今数学物理方程都能简单地得到数值解，若与计算机结合，形成“数学物理方程化后的计算机求解研究方法” (简称“数学物理方程化的研究方法”)，经典方法也可以大展身手。沿着这一思路，锅炉领域里以往尚无理论化或者理论尚未完善的重大课题，成为他着重收集的对象。在层燃锅炉、电站煤粉锅炉、循环流化床锅炉等技术领域进行的研究中，他都使用了这一方法。

传承火床锅炉强化燃烧技术

缪正清的硕士导师黄祥新教授是上世纪50年代前苏联专家培养的新中国锅炉专业少数几位研究生之一。黄教授重点研究工业锅炉燃烧的强化，曾承担国家六五“链条炉炉拱结构与二次风技术的研究”及七五“链条炉炉排结构特性的研究”等科技攻关项目，在新型炉拱与炉排的理论与结构研究方面取得了重大的突破。其中，“链条炉炉拱结构与二次风技术的研究”1987年获得国家科技进步二等奖，为改变我国工业锅炉燃烧技术长期落后的面貌作出了重要贡献。1985年至1994年，缪正清跟随导师进行工业锅炉炉拱的研究与改造。导师理论与实践相结合的研究方法、不断刷新研究思路、百折不挠、持之以恒的研究态度、只求学问、不计个人得失的高尚品德，深深地影响了他。在导师的指导下，他针对工业锅炉强化燃烧问题，开展了包括炉拱区的流动模型、炉拱的混合特性、炉拱结构与拱区传热模型、炉拱结构最优化、风室内流动模型等问题的研究。系列论文先后发表于《动力工程》《工业锅炉》《热能动力工程》等杂志上。《多驻涡消烟炉拱》1988年获得国家实用新型专利。他负责主持的炉拱强化燃烧改造项目数十个，锅炉容量从2～40t/h，用户分布在陕西、山西、河南、江苏、浙江、上海、山东、江苏等地，改造效果非常显著。

面对一个个成果，缪正清说，这都是继承了黄老师的研究。他还记得黄老师说过的一句话“工业锅炉的问题毕竟影响小，如果能处理好电站锅炉的问题，才有更大的意义”。导师这种强烈的责任感深深地影响了缪正清。这些话也成为他此后选择课题的重要导向。1995年以后，他开始投入电站锅炉科研的探索与实践。

挑战大容量锅炉的流量偏差计算方法

在大容量电站锅炉技术中，确定其过热器、再热器并联管组内的流量分布难度较大，然而随着锅炉容量的增加和温度、压力参数的提高，流量分布的精确计算越来越迫切。同时也涉及到工程流体力学和锅炉水动力学中的基础问题。1996年缪正清开始进行这一课题研究。

通过考察现有锅炉集箱并联管组流量偏差计算的标准方法，他基本摸清了标准方法存在的缺陷。他认为：分配与汇集集箱间静压差是决定并联管组流量分配与流量偏差的重要因素。以端部引入的分配集箱为例，现有标准(前苏联标准、中国标准)计算集箱内静压分布基于两个条件：其一，集箱任意位置处蒸汽的速度、静压与集箱进口端蒸汽的速度、静压之间的关系。由于进口参数为已知值，因此，这一关系实际上给出的是集箱轴向任意位置上轴向速度与静压之间的约束关系。其二，假定集箱内轴向速度呈线性变化。据此，似乎就可以轻易得到集箱内静压的分布，进而，不论多么复杂的并联管组系统的流量分配与流量偏差问题都能通过简单代数运算得出，但是，工程应用中频繁出现的大机组锅炉超温问题与爆管事故，引起了缪正清对标准的思考。经过仔细分析，他指出标准的处理方法存在理论上的缺陷。他认为，标准的第一条中的方程不管其采用能量方程(前苏联标准)还是动量方程(中国标准)导出，最终都是通过实验确定其修正系数，而使其符合实际，所以，这一关系是正确、可靠的(只是不同方法造成方程形式的繁简差异很大，对于能否理论求解关系亦甚大)，但是，第二条的假定本身不符合实际，同时，这样得到的集箱内压力分布，其实是一种并联支管均匀分配时的情形。以不变的静压分布概括实际变化的各种静压分布，这就是现有相关的标准(前苏联标准、中国标准、美国某公司标准同样直接给出一条固定的静压分布曲线)的通病。

缪正清相信，集箱静压分布不是孤立的，它不仅与集箱结构密切相关，并且还受到整个系统的制约与影响，因此，他尝试通过建立全部变量满足的联立方程组来求解。如何建立这样的封闭方程组，方程组列出后，采用何种方法才能求解成为一段时间里他反复思考的问题。他保留标准合理的第一条能量方程，摒弃标准的第二条假定，寻找新的解决方法。面对大机组过热器、再热器连接于集箱上数以千计的并联支管，即使仅仅建立并联支管与集箱连接处的代数方程也可能达到上万个，虽然，直接采用计算机求解也不是很困难的事情，但是，他还是想尝试先走理论分析路线，如果走不通，再退回来。

他注意到两个情况，一方面，速度、压力值在集箱轴向呈离散数值分布，另一方面，从总体上看，集箱轴向管排数量较大，可以看作密集排列。他联想到数学上只有变量分布连续化的问题才能应用微积分，而高等数学中的“中值定理”可以将离散分布函数转变成近似的连续函数。于是，他采用中值定理，将集箱内静压与轴向速度、以及各屏流量沿着集箱轴向离散分布的问题作连续化近似。这样，数学上的“微元段”概念被他放大到沿着集箱轴向包含若干个屏片的物理“微元段”长度——他认为数学上最重要的不是复杂的推导，而是如何真正理解与应用基本的概念。微元段概念本来就是对实际有限短长度的一种抽象，微元段的长度是相对的，不认识这一点，高等数学就不能用、不敢用。考虑到同屏各支管由于长度、结构差异大、数量又相对集箱上屏片数少，故他并未将其作连续化处理，仍然按真实的离散模型处理。这样，对包含若干屏片的微元段控制体，建立了轴向与径向的质量平衡、能量平衡的常微分方程组。其中沿着集箱轴向模型为连续模型，而同屏与集箱相连处的各支管进、出口速度为离散模型。在这一工作过程中，他对相关的方程表达式的来龙去脉进行了全面的梳理和研究。最终选择了精度高、形式又简单的集箱轴向能量方程，同时，边界条件采用了代数量表达，因而，面对十分复杂的管组系统宏观上的三维(三个方向)流动，仍然获得了严格的分析解，并且，分析解统一地适用于双向引入、引出的7种典型的集箱连接方式(L型、倒L型、Z型、U型、J型、倒J型、H型布置)的带屏结构、屏内蒸汽被加热等接近真实的问题。据此分析解，可以替代现有计算标准给出的这7种典型布置流量偏差的计算公式，实质性地改进了现有标准方法，推进了集箱与并联管组水动力学的发展。

试验台实验结果也很好地验证了缪正清的理论分析解，而前苏联水动力计算标准、美国某公司标准及我国水动力计算标准对同样试验条件的预测结果与实验结果差距明显偏大。

2000年，缪正清为西安热工研究院分析国内首台700MW机组锅炉三级过热器流量偏差，运用他的集箱并联管组流动理论模型分析解、结合前述三种计算标准，计算对比表明，他的模型预测结果与实际由于流量偏差引起的热偏差情况完全相符，前苏联标准预测次之，美国某公司标准由于引进过多的约束假定，因此，导致最大流量偏差与实际结果严重不符。在开展集箱水动力研究的同时，缪正清还以第一发明人获得改进集箱流量分配与汇集均匀性的发明专利2项。

然而他并不满足于这些已有的成果。他说这是一个引人入胜的课题。他深知这类经典水动力问题，仍然充满着勃勃生机……

解决集束燃烧器射流基础理论

集束射流燃烧器指一个喷口平面上有相距较近的多个可燃气体喷口与助燃空气喷口组成的燃烧器。将单股大流量射流分解为多股射流有利于充分利用射流的卷吸能力，加速气体的混合与燃烧，因此，这类燃烧器广泛应用于不同的领域。例如，在飞机推进系统中，以降低排气噪音、增强推力，应用于冶金炉的大型喷枪以提高加热速率，在工业炉中降低氮氧化物生成等。随着我国天然气应用的扩大，这种燃烧器将有着广阔的前景。

2000年，缪正清受学校公派赴加拿大皇后大学机械系先进气体燃烧技术中心进修。在分析了中心Grandmaison教授提出的两股轴线在同一个平面内的强射流/弱射流作用的数学物理模型之后，他改用微分方法获取了弱射流轨迹方程，相对于Grandmaison教授复杂的隐式积分方程，他的微分方程是简单的显式方程。这一工作立即引起了两位国外导师的重视，并给以满意的评价，激发了他进一步研究的热情。他了解到真实的燃烧器是7股天然气与7股空气射流的组合，布列在一个环形的喷口平面上，彼此之间呈空间关系，而现有模型局限于两股平面射流，且由于两股射流动量相差悬殊(40倍),所以，实际处理时，只考虑了强射流对弱射流的作用。如何去处理多股、且相互呈空间作用的多射流的轨迹问题，显然，这是摆在缪正清面前的极富挑战性的好题目。但那时能否解决这个问题，他也没有把握，只能试着看。

面对复杂的问题，他首先考虑的还是研究方法。积分方法研究一股射流的轨迹已经很复杂了，如果再应用于多射流，可能复杂得无法进行，而微分方法由于其简单性可望进一步拓展到复杂的多射流轨迹研究。

射流集总参数条件下，其轨迹的切向与射流动量流率矢量一致。所以射流轨迹问题可以转变为动量流率矢量的变化问题。而射流微元段动量流率的变化等于射流微元段卷吸质量流率及其外流场流速的乘积，因此，如何计算指定射流微元段周围由所有其它射流在该处形成的总的合成流场就成为多射流轨迹研究的关键。流场能否合成？如何合成？理论依据何在？他想起了势流合成理论——只有满足势流条件的流场才能进行流场合成。他在对射流与射流外卷吸流场作分析后，认为射流边界内的核心区，速度梯度大，粘性效应大，即为有旋流动区(在集总参数法简化下，这一区域被简化成射流的中心线)。而射流边界以外的影响区，粘性效应小，可以近似为无旋流动，亦即势流。在多射流流动中，射流在会合之前，射流核心区一般小于射流之间的间距，因此，他提出了多射流势流区的卷吸流场合成原理。据此，就解决了每一股射流周围流场的计算方法。

以此关键问题的突破为基础，他先后解决了两股非共平面强射流/弱射流的轨迹模型、两任意动量流率比射流分散布置时的射流轨迹模型，以及任意多股射流环状集束布置这一真实燃烧器射流轨迹的理论模型。模型得到了文献和他建立的试验台的实验验证。理论模型可为具有该类射流特征燃烧器的流动、混合分析与工程设计提供重要的理论基础。

揭示旋流燃烧器射流基本规律

旋转射流流动复杂，而应用广泛。从自然界飓风的形成、到大型客机的驱动、以及工业上各类旋流燃烧器的工作它都是主角。旋流射流燃烧器指从环形喷口高速喷出的气流呈螺旋运动的一类燃烧器。国际上该方向研究文献汗牛充栋，然而100多年来在经典流体力学中仍然缺少反映其螺旋运动特征的简单的数学物理描述。作为教学过多年锅炉原理的教师，缪正清感到这理应是一项具有经典意义的工作，而对于十分重要的燃烧流体力学领域，缺少这一研究，太不正常了。于是，他心存此想十多年，但是一直感到无从下手。2001年，他在加拿大皇后大学研究成功受卷吸作用的集束射流轨迹物理模型后，尝试研究旋转射流轨迹问题。在皇后大学先进气体燃烧中心，Grandmaison教授告诉他中心资料室藏有大量射流文献，他从中心复印了400多篇文献，从中找出了旋转射流文献28篇。但是，没有一篇是研究旋转射流空间轨迹的，这使他更坚定了这一选题的意义。开始想借鉴他研究集束射流轨迹的方法，研究旋转射流。模型建立后，因为无法验证，工作就放下了。2002年回国，建起旋转射流实验台，发现模型预测无法接近实验结果，于是改变思路，推倒重来。这一次，直面旋转射流环面连续的事实，提出了将连续的环面射流分割为一系列作螺旋运动的微束螺旋射流，然后将局部分析法与整体分析法相结合，选择其中一个微束螺旋射流，并在其上面取一个微元段作为控制体进行受力分析的方法，建立其轴向方程与径向方程，又将旋转射流整体分析中动量矩守恒结果分解给微元段，得到其切向方程。但是，起初数学模型求解出来的结果与自建的实验台上的实验结果还存在明显差异，经过反复思考，发现导致差异的原因，可能是由于忽略了由射流主流引起的、定义在射流边界外空间的流体旋转能量，于是，又在切向方程中引进动量矩耗散系数后再应用动量矩原理，之后再通过理论预测轨迹与实验实测轨迹的比对确定了该耗散系数。如此，经过反复尝试，终于建立了反映旋转射流运动本质特征的微束螺旋射流轨迹的常微分方程组。这一研究的成功，他说来自几方面的机缘巧合：多年专业教学中对旋转射流问题累积的困惑、采取了基于旋转射流微束微元段的受力分析入手以及基本力学原理构建起微元段三维运动方程框架、在子模型中引进前人的经典工作(Chigier，Maier 等关于旋转射流卷吸系数的研究成果)、模型的修改工作(定义动量矩耗散)、三维显示软件Tecplot。

提出研究旋转射流轨迹这一科学问题是基于其为旋转射流基本现象和特征；从整体旋流中聚焦螺旋射流微束及其微段控制体、采用受力分析法，这是力学问题的基本研究方法，也是通往获得旋转射流三维运动力学方程的必经之路。虽然，由此获得了三维运动的控制方程，但是方程仍然需要子模型的支撑，或者可以这么说，到此，就像建筑仅仅解决了设计问题，而使其完成建筑工程的是支撑三个力学方程的具体实现。后者，恰恰是借助了前人的基础工作——关于旋转射流流场特性、卷吸系数等经典研究结果到这一研究之中——从而最终使得研究得以贯通。

这一旋转射流基础特征问题的理论模型，不仅对于深刻认识旋转射流的流动物理规律具有基础理论意义，而且可为工业燃烧器的良好设计与运行提供理论指导。因为模型反映整体特征，因此，其形象性也十分有利于教学。

突破煤粉直流燃烧器射流预测难题

世界各国火力发电锅炉主要为煤粉燃烧，煤粉锅炉中，采用直流燃烧器和旋流燃烧器两种方式。在我国以直流燃烧器四角布置方式为主。由于炉膛组合射流的复杂性，数十年来，国内外基础的射流理论没有发展出适用于煤粉炉燃烧器射流相互作用的实用性理论，而无法对燃烧器射流工况进行科学预测，造成锅炉燃烧器射流设计至今仍然主要依靠相似模化试验的现实。由于理论的滞后，导致国内外一些电厂锅炉由于偏离设计煤质引起锅炉燃烧不稳定、结焦、甚至灭火现象发生，严重影响机组运行的安全性与经济性。而近年来，对锅炉燃烧NOx排放实施环保标准，也对燃烧过程提出了更高的要求。尽管最近几年，计算流体力学的商业软件CFD逐渐应用于锅炉炉膛的流动、燃烧与传热计算，使得锅炉射流空气动力学获得较快的发展，但是，其基于偏微分方程组在数百万个网格上的离散求解方法、昂贵的商业软件平台运算条件、热态计算耗时数十小时的复杂性，限制了其成为工程技术人员的日常工具。究竟能否找到这一复杂而重要问题的简化理论，使其理论过程透明化、工程应用简单、实用化，在经过十多年教学积累后，2001年，缪正清开始尝试这一理论的攻关。

凭着扎实的数理基础和对直流燃烧器射流本质的认识，他把研究集中在燃烧器区域的射流上，并提炼出三个物理模型：射流相互撞击作用模型、燃烧器区域残余旋转气流作用模型和同角射流组两侧补气条件差作用模型。同时，他认为这一区域的射流，在相互作用之前，射流特征明显，因此，理论上可以对射流采用集总参数法，将射流的沿途动量集中到射流的中心线上，这样，射流微元段的动量方向与轨迹的切向重合，从而把研究射流空气动力学转变为研究射流中心的空间轨迹问题。他在直角坐标系内建立了射流微元段在三个坐标轴方向的动量微分方程，通过射流微元段的动量方向与轨迹的切向重合关系，最终建立起了射流轨迹的非线性常微分方程。微分方程采用离散数值求解后用三维显示软件将解转变成直观的空间图像。近200个方程、每个方程自变量近百个离散节点数的计算，也只需1-2秒时间。这一研究从理论模型构建、修正到模型程序化缪正清花了3年时间。依靠这一理论，可以预测一次风(煤粉风射流)与二次风(空气射流)燃烧器射流轨迹，借此也发现了一大批锅炉存在一次风不同程度刷墙的实际运行工况，并可籍此说明，锅炉煤质变化后可能出现的燃烧效率差、燃烧不稳、灭火、结焦、高温腐蚀、甚至锅炉爆管等问题的空气动力原因。也可以用来进行燃烧器射流组织的设计、防止前述问题与事故的出现。

在此基础上，缪正清开发了切圆燃烧锅炉炉膛组合射流全三维运动轨迹模拟软件(TFJT)，并在美国原CE公司90年代切圆锅炉燃烧技术CFS-I型、CFS-II型基础上提出了新型的CFS-III型燃烧技术，克服CE技术火焰近壁燃烧引起结渣与高温腐蚀倾向的缺陷。这一燃烧诊断理论与燃烧组织方式对于锅炉燃烧器运行优化与技术改造具有很大的指导作用和实用价值。2003年以来，在他负责的20多台100MW—300MW电站锅炉的燃烧器改造工程中，每一台锅炉从改造前炉膛空气动力工况的诊断到燃烧器整体格局的调整，都应用了这一理论模型及其软件的预测，彻底改变了以往燃烧器改造只能作局部微调，而不敢大动作改造的被动局面。在行业中，几十年来有一种普遍的担心，这就是：对燃烧器安装角度的任何微小改动都将给炉膛运行工况带来极大的风险。而他及其改造团队依靠理论的预测，充分控制了改造的风险，对于20多台电站锅炉的改造根据需要都作了较大幅度的燃烧器射流方向的改造。改造取得了良好的效果。他说，电站锅炉改造只能成功，不能失败。一台电站锅炉改造的成败给发电企业带来的影响是正负几个亿。是理论给他从事高风险的工作壮了胆撑了腰，也让他更坚定了走工程难题理论探索方向的信念。

破解循环流化床气固两相流经典难题

当今大型循环流化床锅炉已走向技术成熟阶段，发展大容量、高参数（超临界）循环流化床锅炉已经成为洁净煤技术发展的主要方向之一。但是循环流化床技术的成熟就像煤粉炉发展所走过的道路一样，必然有赖于基础理论研究的支撑。

循环流化床这一先进与环保的燃烧方式，是从化工流态化的研究中转化而来，其基础研究已有近百年的历史，在锅炉中的应用也已40多年。但是，由于气固两相流动的高度复杂性，即使不计计算成本，要寻找到基于复杂的本构偏微分方程组至今都极为困难，因此，导致循环流化床两相流动基础理论研究的进展仍远远落后于工业技术发展的现状。

鉴此，缪正清长期关注循环流化床锅炉炉内气固两相流动特性的研究，并在积累多年的理论思考之后，于2002年着手尝试循环流化床锅炉重大理论难题——循环流化床锅炉主床空隙率分布及其静压分布预测的理论。

一如他以往的研究，他并不沿着前人的研究思路走，而是像他从事教学工作一样，从最基本的现象出发，最基本的物理分析入手。他说这是最正规的研究方法。这一研究方法得益于多年的教学。他认为，经典教科书是对科学史上有重大影响的重要基础研究工作最精要的凝练，因此，教材表层是知识，深层含方法。教材也是科研最好的范本，切不可轻视。力学问题的研究可谓广大无边，不可胜数，但是，力学研究共同的方法，离不开受力分析与牛顿定律。大学物理的处理方法，表现为从微过程出发，并采用微积分。

因此，当缪正清面对循环流化床内气固两相流这一世界性学术难题时，他紧紧抓住了隔离体受力分析法——对这一方法的理解与重视，他说要特别感谢他的中学物理老师钱景珊、孙坤保等先生(前述射流力学、集箱流动分配等涉及力学问题的解决他也都以此为分析的切入点)。他基于循环流化床内颗粒运动的环核结构，提出了一维分相、分区微层控制体气固两相流动物理模型，根据受力分析与最基本的牛顿第二定律分别建立了微层内颗粒相和流动气相的力学方程。进而，透过量级分析发现，流动气相方程与颗粒相方程总体上分别呈数量级悬殊(相差三个数量级)的小量级方程与大量级方程，小量级的气相方程中还存在着大量级项差构成的对小量级项的影响。同时发现，流动气相方程属于计算数学上的“病态方程”——巨量级变量差等于微量级变量的方程、而不能直接采用计算机差分求解的疑难问题。由此，他发现了以往学术界种种直接求解该方程的努力无果的症结。国际流态化专业领域里将此列为“复杂性问题”也与该问题的长期无解有关。

从流态化问题提炼出微分方程后，又看出其中包含的数学难题，缪正清说他是突然想起了16年前他的研究生计算数学老师邓建中教授在课堂上讲授的病态方程概念及其处理方法。后者即为，要么把巨量级变量差转变成两个微量级变量之和，要么把巨量级差转变成两个微量级变量之差，这样的方程在通过差分化后用计算机进行求解时，算法才是稳定的，否则，即使是高精度的计算机也无法求解这类“病态方程”!

沿着数学方法指引的变通之道，开始回归到寻找转变物理方程的出路。缪正清结合气固两相流物理分析，将气相方程中大量级差直接用小量级的余项表示。后者又引进流态化领域著名的Lewis 压差公式的形式，其中的特征量——虚拟颗粒直径通过颗粒浓度分布的极限状态分析及其另一著名的King 公式间接确定。

经过三年高频度的反复探索，他终于基本摸清了循环流化床气固两相作用的复杂力学机制，建立了基于分相动量方程的循环流化床空隙率轴向分布理论模型，从理论上解决了以往只能通过实验数据拟合才能得到的循环流化床空隙率轴向分布和炉膛静压分布。这项研究解决了困扰国内外学术界数十年的循环流化床锅炉技术中的一项关键理论。论文研究与写作经不断完善，于2010年始发表，前后持续9年之久。该理论不仅获得实验的验证，同时也在大容量循环流化床锅炉实炉改造工程中获得应用与检验。

在循环流化床锅炉这一重要的研究方向上，他还研究了风帽、U型回料阀、炉膛磨损等方面的科学问题，理论上都有新的发现。《组合循环流化床锅炉》2005年获得国家发明专利授权，其沿着炉膛高度的多级凸台结构因具有较好的防磨作用，现已得到工业应用。

他说，学术之本在质量而不在数量，我们国家最大的优势是庞大的科研工作者数量，所以，我国科研工作者的学术态度应该更加重视学术质量。因此，尽管他研究多个方向，但是尽量把发表论文数量压缩到最少。他说，这种保守的观点传承来自他的老师。

致力国家锅炉燃烧改造

随着锅炉的大型化和对其安全、高效、环保性能要求的日益提高，人类不停地在开发锅炉技术与开展锅炉基础理论研究。从理论上攻克专业难题是缪正清一直坚持的梦想。由于这一条路比较崎岖，因此，能否攻克、多长时间能够攻克在研究过程中具有很大的不确定性，但他相信坚持就有希望。他的理论研究多属于非计划的自由探索，而这种研究方式与现有的考核要求之间有很大的差距，但他无怨无悔。

伴随着一系列专业理论研究的突破，缪正清也一直致力于进行我国锅炉的改造工程。在工业锅炉燃烧改造中，他对工业锅炉炉拱强化燃烧进行技术设计与改造，自1985年以来主持2-40t/h链条锅炉炉拱技术改造数十台；在电站煤粉锅炉燃烧改造中，2003年以来他主持了20多项125-300MW锅炉结焦、着火不稳、连续发生严重灭火保护动作(MFT)的燃烧系统诊断与燃烧器改造项目，为相关电厂解了燃眉之急；在电站循环流化床锅炉燃烧改造中，2005—2006年他主持了当时国内最大的2台国产470t/h循环流化床锅炉燃烧系统改造方案研究，成功地实现了两炉的长周期稳定运行，其中他提出的循环流化床两相流预测理论、编制的软件与开发的风帽技术在大型循环流化床技改中发挥重要作用；所主持重大技改项目的成功赢得了良好的社会影响。

对于缪正清的一系列研究工作，他的博士学位指导老师、西安交大前校长徐通模教授作出了如下评价：“针对锅炉技术中广泛采用的各类组合射流流动及集管内流动的科学问题，从建立基本物理数学模型着手，进行了深入、系统、完整的理论研究和部分科学实验，取得了丰硕的理论成果。对锅炉燃烧组织及预测、燃烧器设计及复杂集管流动的组织、管路系统结构设计等有极重大的理论指导意义和工程实践价值，特别对大型锅炉的安全运行有重大价值。”

上海交通大学田子平教授也对缪正清的科研工作给予了高度评价：“缪正清在研究工业锅炉燃烧的强化、电站锅炉燃烧器组合射流力学模型与模拟软件、建立燃烧诊断理论与燃烧组织方式等方面，将经典理论方法运用自如，取得一系列成果。采用同样方法, 还摸清了循环流化床气固两相作用的复杂力学机制，从理论上解决了流态化领域里的一项重大学术难题，为循环流化床锅炉的设计和燃烧组织及预测打下重要理论基础。”

西安交通大学85岁的资深教授许晋源先生是缪正清硕士与博士阶段气固两相流与燃烧学课程的老师，他也一直关注着缪正清的研究工作，他说“缪正清研究的多个问题属于锅炉技术领域里的重大理论问题。缪长于流体力学，未来的工作更值得期待。”

鉴于计算机通用数值模拟方法在处理复杂专业问题时具有的广泛优势，因此，缪正清也十分重视这一现代研究方法，在他近十年先后指导的20多名研究生中，大多采用这一方法开展研究，也取得了不少有价值的研究结果。

科研教学两不误，除了做科研，缪正清20多年给本科生上课。他坚持教学与科研相互促进。谈到对于研究课题的选择，缪正清认为，学术的重大意义与问题的难度直接相关，必须选择高难度课题进行攻关，一时解决不了也不要紧，放在脑子里慢慢想，终有一天会想出解决的办法。学术研究最好能突破前人，否则没有价值。学术研究就像捉迷藏，很多难题长期无解，常常是没能找到好的处理方法。

业余时间，缪正清喜欢看各种各样的人文书籍，对中医学、古文字学、古代中国哲学、古代中国文物艺术等有着浓厚的兴趣。他说通过扩大读书面，不仅可以增长知识，还有可能学到新的思考方法。

他深信马克思的一句名言“在科学上没有平坦的大道，只有不畏艰险沿着陡峭山路攀登的人，才有希望到达光辉的顶点”。他深知科研工作者肩负着国家的重托、寄托着人民的希望，因此，不但要有坚强的意志还要有过硬的基本功。他无数次走进课堂，也无数次走进工厂，每到一处，他都认真吸取营养，深感那是强大的后盾、力量的源泉和胜利的保障。沿着这条路，他将继续前行。

来源：科学中国人 2013年第12期

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