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癑ֹ清华

杨东Q直几Z心脏”,驯服能源动力pȝ的“幽灵?/h2>
2025-01-08 | 黄雪?王慧?/span> | 来源 公号“科学中国h?025q??? |

在科学的q袤宇宙中,有些现象如同隐匿在星光背后的奥秘Q鲜Zh知却臛_重要。对它们的研I不仅可以拓展hc认知的边界Q也可能奠定建造大国重器的基石Q甚臛_化颠覆性的技术革新?/span>

杨东Q?007U本?011U硕Q热能)

在这些神U力量中Q热声振荡以光以捉摸的Ҏ(gu),被称为发动机中的“幽灵”。它存在于现代高性能航空发动机、电(sh)力和舰船动力用燃气轮机、火发动机的“心脏”——燃烧室内,是由燃烧q程中生的声音所引v的。这些声波扰动,起初如同在^静水面上投下矛_所ȀL(fng)层层涟漪Q而后在燃烧室内反、传播,与火焰进一步相互作用,通过正反馈不断增强,q而Ş成一场可能失控的能量之舞——这被称为热声振荡。如果Q由其发展Q这U振荡可能媄响燃烧室的性能Q甚臛_极端情况下引发灾难性故障?/span>

历史上,在“阿波罗”登月计划中Q其“土星五号”火F-1发动机的研制q程遇C热声振荡。ؓ(f)了驯服这一“幽灵”,研发者不惜投入数百亿元Q进行数千次整机实验Q以保技术的E_与安全。近40q来Q世界顶航I发动机刉商的整个燃烧室部门pU?0%的精力来解决q一问题?/span>

杨东Q正是在q一领域p的探烦者。他的研I聚焦于预测?qing)控制燃烧热声振荡,以?qing)与之密切相关的涡-?熉|Lpȝ性耦合理论。从清华大学的学业优U奖学金获得者,Cu敦帝国理工学院的优秀博士毕业生,再到南方U技大学的副教授——他的学术探索是一ơ又一ơ发现未知和q接挑战的旅E?/span>

根与|(x)多元文化的积?/span>

在每个h的生命旅E中Q家庭是温暖的港湾,也是最坚实的后盾。对杨东而言Q家庭不仅给予了他无条g的爱和支持,更在他心中播下了q求真善的U子。“正直、坚韧、持l学?fn)”,q?个简单的词汇Q构成了他所在家庭h(hun)D的核心,也成Z后来学术生的基矟?/span>

凭借优U的品质和优异的成l,杨东?007q考取清华大学。水木清华,钟灵毓秀。在q所全国的巍巍学府,他度q了从本U到士?q时光。这D|_(d)他不仅接受了数理基础和专业基评的严Dl,培养了扎实的学术基础Q更在清华“自Z息,厚d载物”的校训影响下,逐步L了独立自ȝ学术_。对他来_(d)q两句话是清华精的核心Q也是他学术探烦和h生旅途中的灯塔。随着旉的流逝、经历的累积Q自Z息的校训逐渐变得立体而生动。在研究的迷茫时刻,在学术探索的艰难险阻中,q句话成Z不断前行的动力?/span>

攻读本科学位期间Q杨东以专业排名前约10%的优异成l荣获优U学生奖,q在2008q荣获北京市大学生物理竞赛一{奖Q攻ȝ士学位时Q他的硕士论文《颈部材料优化亥姆霍兹共振器的理Z实验研究》在业内期刊上发表,在理论研I及(qing)应用实践斚w展现Z极强的创新能力。这一时期的学术探索,Z日后在热声振荡控刉域的研究打下了坚实的基础?/span>

2013q_(d)杨东跨越重洋Q前往英国伦敦帝国理工学院Q以下简U“帝国理工”)l箋深造,由此展开了一场长?q的跨越文化探烦之旅。帝国理工是计算体力学的重要发源地Q是世界尖的理工院校。置w于一个全新的文化背景和学术环境中Q不仅让他学?x)了如何在多元文化的环境中݅取知识、拓宽视野,更让他在专业领域辑ֈ了新的高度。从航空pd机械p,从博士到博士后,他深入研I流体力学、声学和发动机内的复杂化学反应……体验了一D从扎实的基知识到深入的专业探究的成长过E?/span>

沉浸在学术探索的深v中,杨东感受着知识的深度与专业的力量。帝国理工的很多评Q让他深M?x)到了专业领域的深度和广度。那里的很多教授Q作为各自领域学术前沿的领航者,都善于将化的理论与复杂的实际应用l合Q{化ؓ(f)鲜活的洞见,让晦涩难懂的知识变得生动而清晰。这U教学方式,不仅让杨东深感学术探索的深邃Q更深化了他对知识潜在力量的认识Q激发了他探索未知的兴趣?/span>

帝国理工极具鼓励创新和挑战权威的学术氛围。在q种氛围的媄响下Q杨东逐渐意识刎ͼ(x)要在学术界做出真正重要和前沿的工作,需要有一U敢于挑战权威、勇于独立思考的_。这让他在面对学术乃至生zM的各U问题时Q能够保持自q独立判断QŞ成自q见解。对他来_(d)q是一W非常宝늚财富Q让他在学术的道路上Q更加坚定和自信?/span>

有了q些成长U篏Q杨东在帝国理工也是收获满满Q他的博士研I论文不仅无修改通过Q更是入选了2017q欧z气动声学研I亮点,q获得了英国物理学家奥斯鲍恩·雯QOsborne ReynoldsQ设立的2017口头报告奖(英国体力学领域博士前六名)Q学术成果得C国际的认可?/span>

如果_(d)清华于杨东如同古?wi)的根,深深地生长于他的心中Qؓ(f)他的成长提供源泉Q帝国理工对杨东的媄响就如同古树(wi)的繁茂枝Ӟ向着蓝天伸展Q赋予了他探索广阔天地的视野和勇气。这两段宝贵的经历,共同塑造了杨东作ؓ(f)一名科研学者的全面素养Q让他在之后的探索征E中Q以更加坚定和谦逊的姿态,不断前行?/span>

自由与探索:(x)以应用驱动的热声振荡基础研究

2018q年底,正当杨东在帝国理工学院的深造之路上Ex前行Ӟ他的人生轨迹在一ơ偶然的机缘中,与南方科技大学Q以下简U“南U大”)交汇。彼Ӟ南科大的招聘宣讲团来C英国。在那次宣讲?x)上Q尽他只是静静地坐在教室的最后一排,但南U大所展现出的朝气蓬勃和与深圳城市文化紧密l合的精面貌,深深吸引了他?/span>

宣讲l束后,杨东本着对学术探索的热忱Q向在场的南U大pMMl了自己的研I方向和背景。这ơ简短的交流在不l意间ؓ(f)他打开了一扇通往南科大的大门?/span>

2019q年初,杨东受邀参加南科大的招聘面试。这一q程不仅是对他学术能力的全面考核Q更是一ơ对他教育理念和未来愿景的深入探讨。经q一pd国际化的面试程Q包括教学试讲和与专业领域老师的一对一交流Q杨东以独特的学术魅力和对研I的深刻见解Q赢得了南科大师生的赏识Q顺利获得了工作邀诗?/span>

“南山揽紫气Q丽水育脊梁。敢闯敢试,求真务实Q共造华夏科学殿堂……”伴随着(zhn)扬的歌壎ͼ2020q_(d)杨东正式入职南科大力学与航空航天工程pR工作后Q他得到了学校全方位的支持。这里不仅有着全新的校园设计规划、和谐的生态环境,更有着前沿的学术思想和良好的软硬件设施,与他心中理想的学术殿堂不谋而合。深圛_政府对南U大的高度重视,以及(qing)学校为年L师提供的优厚待遇和独立课题组的运作模式,都让他感受到了前所未有的工作动力和自由?/span>

Nlh员合?/span>

在南U大q片自由的沃土之上,杨东的学术研I之?wi)在短短几年旉呈现出枝J叶茂的蓬勃之势。他先后获得国家自然U学基金青年U学基金目、优U青年U学基金目Qv外)和国际(地区Q合作与交流目Q以?qing)深圛_高等院校E_支持计划目Q清华大学和北京航空航天大学委托的(横向Q技术服务等Q研I内Ҏ(gu)?qing)跨速域加力燃烧室高阶热声耦合振荡模态控制方法研I、长消声孔声音与动耦合作用机理的理Z数值研I、声学抑制器吸声pL的测量与分析、用亥姆霍兹共振器抑制热声振荡的设计方法等?/span>

在国家自然科学基金青q科学基金项目中Q杨东带领团队瞄准国安大需求和l济L场面临的主要问题Q聚焦环形燃烧室非线性燃烧热CE_模态的被动控制?qing)其优化展开深入研究Q取得了一pd创新成果?/span>

C高性能的民用航I发动机和一些大型发?sh)?qing)舰船动力讑֤普遍采用了环形燃烧室技术。这U燃烧室的设计,通过在圆周上布置多个燃烧器,虽然提高了效率,但也带来了更为复杂的技术挑战:(x)与单一燃烧器相比,环Ş燃烧室中的声波和释热耦合更ؓ(f)复杂Q涉?qing)多个尺度和物理现象的相互作用,使得全尺寸的高温高压实验成本显著增加。而在环Ş燃烧室中Q沿圆周传播的热CE_性问题尤为突出,声L在圆周上的传播模态与轴向传播模态之间的怺作用Q增加了问题的复杂性?/span>

在实际应用中Q以亥姆霍兹共振器和I孔声衬Z表的消声器是重要的热CE_控制手段。这些消声器对环形燃烧室中各U特性E异的非线性热CE_模态的影响机理Q及(qing)对其控制效果的系l性优化,成为当下具有重要应用需求,同时又亟待突破瓶颈的核心U学问题?/span>

为攻克这一NQ杨东及(qing)其团队做了很多创新努力:(x)首次定量而系l性地研究亥姆霍兹共振器对环Ş燃烧室内各种热声耦合模态的抑制机理Q创新性地环形燃烧室的非U性热声耦合模态振荡幅gZ化目标,通过亥姆霍兹共振器物理模型,对共振器的几何尺寸、^均流动和安装位置q行全面pȝ性优化;目所做的机理研究和发展的优化工具被直接应用于一Ƒַl投入运行的重型燃气轮机Q与实际q行工况数据做对比,以优化机l的亥姆霍兹共振器设计方案?/span>

在国家自然科学基金优U青年U学基金目Qv外)“热声振荡与??熉|L耦合作用机理”研I中Q杨东也有很多创C举?/span>

“航I发动机、燃气轮机、火发动机Q以?qing)多热力循环I天发动机是交通运输、能源动力、国防和I天U技{领域的核心装备。这些装备中的燃烧室工作在高温、高压、高复杂性的??声耦合条g下,是将化学能{换成为动能的枢纽。但热声振荡的存在,是这些装备设计研发中的核心技术难题。通过理论与数值结合,发展能够定量预测和控制热声振荡及(qing)??熉|L耦合的模型具有重要意义。”围l发动机中的热声振荡q一核心问题Q杨东从发展理论和低阶热声预模型出发,致力于声-涡、声-熵耦合理论?qing)预和控制热声振荡Q取得了若干创新研究成果Q包括:(x)提出了短圆孔?涡耦合半解析模型,定量地预到了孔的声产生和声吸收Q徏立了低阶热声模型Q预到了环形燃烧室内多U类型的非线性热声振荡模态;在三l非{熵条g下,严格推导了熵波作为声源的数学表达式,揭示了其产生声音的完整机理等。相x果已在《流体力学年鉴》《声音与振动杂志》《流体力学杂志》《燃烧学?x)?x)刊》等业内知名期刊上发表多论文。有了相关积累,在开展“热声振荡与??熉|L耦合作用机理”研I时Q无论是针对更复杂的??熉|L三者在火焰、换热器、透^和喷中的耦合展开理论、数值和实验研究Q还是重Ҏ(gu)讨直接和间接噪声影响热声振荡的机理,建立相关理论和方法,杨东都显得更游刃有余?/span>

在杨东的学术世界里,理论l不是孤立的抽象概念Q而是解决现实世界问题的关键。这一理念的Ş成与他早q在清华和帝国理工的U篏和实跉|很大的关p,是往上攀登象牙塔Q他是注重致力于将深奥的理Z应用实践紧密l合。通过与航I发动机刉商{前沿企业的紧密合作Q确保了他的研究h针对性和实用性。例如他作ؓ(f)主要成员之一负责开发的低阶热声|络模型OSCILOS被英、法、d、美、意{多国团队用,他也曑֏邀国罗?dng)?|伊斯、d国西门子、英国反应发动机公司{企业作报告?qing)展开合作。到南科大后Q他q是保持了这L(fng)研究风格Q除在高校Q教外Q他q是上v甉|集团上v汽轮机厂有限公司、东方电(sh)气集团清z高效透^动力装备全国重点实验室的燃气轮机技术顾问。他的工作不仅限于学术讨论和理论推导Q更延臌军_际工E问题,优化产品设计Q提升系l性能{,保企业技术的持箋创新和行业领先。将自己|n于应用一U,他致力于理论研I的_N与工业应用的实际需求相l合Qؓ(f)企业提供战略性指导和技术支持?/span>

“纯_的基础研究对于U学的发展至关重要,但应用驱动的基础研究更具实际价值和可持l的发展潜力。”“知识是宝贵的,但实跉|知识的导师。”正是怀p些信念,让杨东笃定了要走应用驱动的科研道路,q坚持用q一理念影响自己的学生,让他们从中获益,实现传承?/span>

教育与未来:(x)打造一双直面风雨挑战的膀

癑ֹ大计Q教育ؓ(f)本,立d?wi)hQ培栚w。教育非帔R要也十分有趣Q因Z真的能看见h的改变,而看见h的成长是一件很有成感的事情。——杨?/span>

师者,所以传道、授业、解惑也。对教书育hqg事儿Q杨东看得很重。早q曾l沐在国内外顶学府名家大师的教诲下得以茁壮成长的他,q教育的力量?/span>

“难忘在博士深造期_(d)我也l历q每一个科研工作者都可能面(f)的挣扎:(x)面对J复的理与实验的不W,我曾长时间深陷困惑与q。是我的博士生导师,以她敏锐的洞察力和对我能力的信QQ给予了我坚持下ȝ勇气和力量。她让我信Q即使在巨大挑战和激烈争ZQ也要保持对真理与美好事物、品L(fng)q求和维护。这是学术界应有的风范,也是我们每个人应该努力的方向。”正因ؓ(f)L(fng)匪浅Q所以当自己也肩负教书育人的重QӞ杨东愿意竭尽全力来思烦和践行这件事Q以带给后辈同样的媄响?/span>

杨东Q后排左4Q与Nl研I生的合?/span>

在南U大工作q?q_(d)杨东在教学带团队斚w也有了自q特的感?zhn)。“南U大倡导开攑֒包容的环境,在这里,学术自由与创新思维交织QŞ成了一U独特的校园文化。你?x)发C同的老师、不同的研究方向和课题组Q孕育着多样化的学术思想和处理问题的Ҏ(gu)。而我的课题组以对数理基础的高要求Q展现出了独特的挑战性和探烦性。”正因ؓ(f)意识到这一点,杨东?x)花大量的时间参与到学生的课题规划设计中Q“希望既能给他们开启通向学科前沿的大门的钥匙Q又能让他们自己感觉到这是可以触摸到的高度,qg事情臛_重要。”ؓ(f)让学生成功树(wi)立v自信的桅杆,他愿意花更多的时间与学生共克隑օQ包括:(x)采用一对一的方式,每周与每位成员深入交,讨论具体的进度和解决Ҏ(gu)Q与学生一h导公式,一步一步地展示推导l节Q引g们在实践中学?x)如何独立思考;竭尽所能,复杂的问题转变为浅显易懂的表述{。这些方式体C他对U研个性化需求的重和对l节的关注。“只有当学生们在探烦中找C感觉Q在挑战中积累了l验Q他们才能够真正地掌握知识,拥有解决问题的能力与自信Q一旦扬赯信的风帆Q他们就具备了破前行的勇气和决心;只要瞄准方向Q坚定地致力于原始创斎ͼ可以到辑ֈ人没有到q的天地。”杨东希望,l后辈打造一双坦焉Ҏ(gu)来风雨挑战的膀Q让他们在浪潮席h依然能从定w浪前行?/span>

走进杨东?qing)其团队展现的未来世界,你?x)发现q是一个充满希望和挑战的世界:(x)当火如归l(f)的鸟儿,自由往q于天地Q当I天一体飞机在晨曦中展,I梭于大气与星际Q当氢能、太阌、风能等新能源所产生的能量如血液般Q在新能源系l的脉动中维持着零碳世界的心跳……随之而来的,是对于大功率、高E_性动力系l的严苛要求Q而热声振荡问题,如鲠在喉Q或怼(x)成ؓ(f)L人类q向未来新征途的重要挑战。而他和他的研I同伴要做的Q就是将q一问题所带来的限刉到最低?/span>

在杨东的成长与生zMQ体育与阅读不仅是放松n心的方式Q更是他_世界的滋充R体育锻|特别是长跑,教会(x)了他耐心与坚持,q些炼的品质能帮助他在U研中直面困隄挑战。工作再忙,他也不忘抽出旉沉浸在书c的h中,从哲学到历史Q从心理学到文学Q每一本书都ؓ(f)他提供精的营养。他怿Q文学、艺术与U学盔R,都是Ȁ发创造力的火花。正是对w心的双重滋养,赋予了杨东在U研道\上不断探索和H破的机?x),为驯服发动机和燃气轮Z的“幽灵”提供源源不断的力量?/span>


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