科學網—「林氏公式」的創始人走了

 

■本報通訊員 李莉 記者 溫才妃

林宗虎

中國共產黨黨員、中國工程院院士、西安交通大學教授，我國著名的熱能工程專家。

把時間的指針撥向1982年，一篇中國學者發表在國際權威雜誌《國際多相流》上的論文，一經刊發便得到英、美、日等國工程方面學者的普遍關切，文中以詳實、充分的試驗數據論證了「兩相流孔板流量計算式」。

與國際上以往的經驗性計算式相比，該計算式突破了壓力和組分範圍的限制，能通用於各種壓力、組分和多種兩相流體，擴大了兩相孔板理論及其工程應用範圍。此式被評為同類中的最佳式，被收入國內外多種著作。這個計算式的創建者是我國著名的熱能工程學家、西安交通大學教授林宗虎，所以，該式又被稱為「林氏公式」。

後來，他創立了國際上第一個脈動流動時的沸騰傳熱計算式，可用於光管和多種強化傳熱管，開拓了傳熱研究新方向；在多相流測試方面，他在「林氏公式」基礎上，首先解決了用一個元件同時測定兩相流量和組分兩個參數的國際難題並獲得專利和應用。1995年，他當選中國工程院院士。

2019年12月21日，林宗虎因病醫治無效在西安逝世，享年87歲，這位始終在能源工程理論領域探索前行的長者，永遠地離開了我們，但他一生科技強國、奮鬥不息的精神將永遠留存。

立志「科技強國」 自創「林氏公式」

1933年5月13日，林宗虎出生在浙江湖州市南潯鎮。1937年，為了躲避日本侵略者，年幼的林宗虎被母親帶著遷往上海租界居住。林宗虎的父親是一名財會人員，曾和華羅庚為鄰。父親總是以華羅庚勤奮學習最終成才的故事激勵子女，在這樣的教導下，林家的子女大都學理工和農醫。

林宗虎小學就讀於上海華山路正志小學，這所私立小學從三年級就開設英文和文言文、詩詞等課程，這大大激發了林宗虎的學習熱情。中學時，林宗虎就讀於上海著名的天主教學校聖芳濟中學，這個學校在新中國成立前，除公民和國語兩門課外，全部採用外文原版，並由外國神職人員等用英語講授。這讓林宗虎有機會讀了不少國外原著作品，為他的英語水平打下很好的基礎。但教會學校的辦學宗旨在於培養一批能為外國人服務的買辦式人員，少年林宗虎目睹列強欺凌、日本侵略的種種事實，深刻感受到身為貧窮落後民族的苦痛和屈辱，他堅定樹立成為一名科學家、「科技強國」的信念。

1951年，林宗虎考入交通大學機械工程系，大三時被分到鍋爐專業。當時是解放初期，百廢待興，中國尚沒有生產、設計直流鍋爐的能力。為了讓自己多學東西，他在做研究生畢業課題時主動增加難度，打算設計一個液態除渣拉姆金式高壓鍋爐。沒有現成的資料可用，他擠出生活費購買蘇聯學者的著作，硬是憑自己中學時學過的俄文底子「啃」下了諸多大部頭書籍，研讀了大量俄文學術期刊上的論文。

1957年，在莫斯科動力學院教授魏佳耶夫和交通大學教授陳學俊的指導下，林宗虎完成了鍋爐專業研究生學業。1958年，他帶著一批學生，與上海鍋爐廠技術人員合作，設計出中國第一臺電站用的高壓直流鍋爐。

1974年，林宗虎成功解決了上海某電廠本生型直流鍋爐嚴重的流量脈動問題，後來又參與指導了中國大蒸發量直流鍋爐關鍵設備汽水混合物分配裝置的研究。

1974年，上海鍋爐廠要設計製造30萬千瓦機組的近臨界壓力直流鍋爐。次年，林宗虎參加了這個鍋爐核心部件「汽水混合物分配器」的結構試驗研究工作。工作中需要測量分配器各分管中的氣液兩相流流量和含氣量，當時測量方法有多種，但計算式均適用於一種壓力範圍。

氣液兩相流體的管內流動除鍋爐蒸發管外，在石油、化工、治金能、製冷等工程中是經常遇到的。在核電站蒸發器、各種沸騰管各式氣液混合器、熱交換設備、化學反應設備以及地熱利用站等都存在管內兩相流體需要測定其流量和含氣率的問題。因此，如果能建立一個適用於各種壓力和含氣率的兩相流體通用孔板流量計算式，將對這種測量方法起到積極的推廣作用，在學術上也是對兩相流體力學的一項貢獻。林宗虎下決心要以此作為科研目標，建立一個兩相流體通用孔板流量計算式。

完成分配器的研究工作後，林宗虎的研究才剛剛開始。他一頭扎進了圖書館，查找1962年以來，國內各大圖書館收藏的國內外全部兩相流孔板計算式及有關數據與論文，然後結合自己的高壓試驗數據，經過3年多時間，建立起國際上第一個能通用於各種壓力的兩相孔板流量計算公式。最終，以《用標準銳邊孔板測量氣液兩相流動的幹度和流量》為標題的文章發表在《西安交通大學學報》1979年第4期上。

這是林宗虎應用氣液兩相流理論、相似原理、全球近30位學者的試驗數據以及他們自己測定的測量數據建立起來的兩相孔板流量計算公式，有著厚實的理論基礎和試驗基礎。

1982年，該計算式經林宗虎補充試驗驗證在國際權威雜誌《國際多相流》上發表後，英、美、日等8國各種工程方面的學者來函讚許並索要資料。現在，該論文已收入國內外8種著作，在國際上被推薦為最佳公式，稱為「林氏公式」，並被廣泛應用。

結合國家需要 成果領先同行

1980年，林宗虎以講師身份到美國邁阿密大學做訪問學者。兩年的時間裡，他如饑似渴地學，幾乎每天都工作到晚上12點後才休息，撰寫並發表了8篇高質量論文，被美國同學戲稱為「論文機器」。

正是在那個時期，林宗虎研究成功了脈動流動沸騰傳熱式。這一領域研究難度大，林宗虎對此進行了系統研究，僅該項試驗的錄像就拍了72卷，試驗的數據摞起來有半米高。

1982年，林宗虎放棄了美國諸多優越條件，毅然回到祖國，繼續在西安交通大學從事科研與教學工作。邁阿密大學還曾專門致信林宗虎：您在美國期間，處處表現出是一位熱愛祖國的學者，有很強的業務能力。

在長期的科研生涯中，林宗虎形成了自己獨特的科研觀。他說：「科研是創新，其價值就在於在原有認識基礎上的開拓和創新。因而科研就是要研究別人未做過的事情，要探索出前人未知的自然規律。」

林宗虎的科研成果主要分為三方面，即氣液兩相流體力學、沸騰傳熱學和多相流測量學。

在氣液兩相流方面，他創建的「林氏公式」被國際上推薦為最佳公式。他首先對U形管內兩相流液體壓降型脈動機理進行系統研究，創建其計算程序和脈動判別法，並成功地用於解決電站鍋爐嚴重脈動問題。他應用能譜理論等創立了3種兩項摩阻計算法和一種截面含氣率計算式並被廣泛應用。

他首先建立了氣液兩相流誘發管束卡門渦街振動的通用判別式和數值計算方法。用近10年的研究成果出版了國內外第一本研究氣液兩相流旋渦脫落特性的專著。

在沸騰傳熱方面，他創立了國際上第一個脈動流動時的沸騰傳熱計算式，該式可用於光管和多種強化傳熱管，開拓了傳熱研究的一個應用廣闊的新方向。此外，他在冷沸騰傳熱、穩定流動沸騰傳熱等領域均有研究成果。

在多相流測量方面，林宗虎在「林氏公式」的基礎上首先解決了用一個元件同時測量兩相流量和組分兩個參數的國際難題並獲得專利和應用。他和博士生一起開創了一種全新的氣液兩相流體流量測量方法，即分流分相式方法，被國際學者評為是一種創新的方法，得到了發明專利並在油田注汽熱採系統中得到廣泛應用。

「萬物是在發展變化的，只有創新才能適應事物發展，促進人類進步，無論從事科技、藝術或其他事業，取得成績者毫無例外都要具有創新精神。我們要依靠創新驅動開發新技術、新產品，從而引領發展。任何事業，不創新、不進取都沒有發展前途，要被淘汰。」林宗虎說。

上世紀80年代，在多相流測量學領域，要同時測量兩相流流量及組分，必須用兩個測量元件。由於每個測量元件前後均需一段長的直管，其長度是該管直徑的數十倍乃至百倍，這不僅使管子裡流動阻力增大，增加能源損失，也給整個儀器的安裝、維修帶來極大的不便。林宗虎想用一個測量元件來實現測量，這是個國際難題，攻破這個難題可不容易。

從1983年開始，林宗虎潛心研究，終於在1985年解決了用一個測量元件同時測定兩相流量和組分的國際難題，並且該方法可用於各種壓力。這個成果於1986年獲國家專利並得到應用。在國際上，直到1994年，國外專家才發表相同方法的低壓試驗論文，也就是說，林宗虎的研究成果至少領先國際水平8年。

氣液兩相流的流量測定通常有兩種測量方法，一種是均相測量法，誤差較大，可達6%以上；另一種是分相測量法，所需氣液分離器價格昂貴，此外管路複雜。林宗虎等經5年研究後，首創了一種全新的分流分相測量法，這種方法只需一個微型分離器即可顯著提高測量精度，其誤差可低於3%。按此法製成的儀表在價格上比進口儀表低數倍，而在測量誤差上遠比其他儀表高。

相關論文在2002年第四屆國際多相流測量大會上發表時，國際評委評價稱它是一種創新的巧妙測量方法。該方法已獲得發明專利並在多個注汽熱採油田得到應用，經濟效益顯著。某油田每年注汽費用達8億元，應用此儀表對每口井注汽量進行按需監測注汽後，每年可節省注汽費1.6億元。

筆耕不輟育人 自樹樹人典範

林宗虎常說，時間對每個人都是公平的，只有勤奮不輟的人才能收穫豐碩的果實。及時將科研成果寫成論文發表和勤於著作已是他常年養成的習慣。

林宗虎的第一篇科技論文發表於1962年。到2013年末的50多年當中，他和他的研究團隊發表了約220篇科技論文，平均每年發表4至5篇。當論文積累到一定數量時，就出一本專著。

1978年，林宗虎出版了第一本專著，1987年至2015年，出版著作22部，差不多平均每年完成字數為35萬字的著作一部，論著總字數超過900萬字。其中包括鍋爐著作7本、傳熱著作4本、測量著作5本、兩相流體力學著作6本。

這些著作中，《氣液兩相流旋渦脫落特性及工程應用》所載全是他的科研成果，也是國際上首本專著，書中除了論述林宗虎團隊研究得出的理論和試驗成果外，還論述了兩相旋渦脫落特性的工程應用。其中，專門論述了利用此特性的兩相渦街流量計的計算原理和製作方法，並在2000年由林宗虎的博士畢業生李永光獲得了這種流量計的國家專利。

《氣液兩相流和沸騰傳熱》《強化傳熱及其工程應用》《氣液固多相流測量》這三本著作的出版合同是在1982年，林宗虎回國後與三個出版社籤訂的。1984年，林宗虎一面用英語為研究生講授氣液兩相流和沸騰傳熱、強化傳熱及其工程應用兩門新課，一面在遭遇父親去世、妻子骨折臥床休養一年等家庭變故的情況下，在繁重的教學科研任務和忙碌的家事間隙，如期完成著作並在1987至1988年出版。

這三本書匯集了蘇聯、歐美和他自己的研究成果，具有國際創新意義。特別是《強化傳熱及其工程應用》，由於當時國內外尚無一本全面論述強化傳熱的專著，因而具有首創意義。

《管路內氣液兩相流特性及其工程應用》一書中，90%內容為他具有國際先進水平的科研成果。已在美國出版的兩部專著，更是他與國際著名專家聯袂合作的結晶，具有國際先進水平。

「1982年回國的時候，我曾計劃這輩子要出版10本科技著作，實際上已經正式出版了23本，超額計劃13本。」林宗虎說。

在人才培養上，林宗虎充分發揮學生的聰明才幹，儘量讓他們獨立研究。遇到問題，他就和學生一起討論，啟發學生的思路。他指導學生寫作論文並和他們一起發表科學著作，使學生在學術舞臺上快速成長。

他性格隨和，為人平和，一輩子與夫人相濡以沫、恩愛如初。他尊重學生，所帶的博士、碩士都喜歡和他交談，不僅談專業，也談生活和為人處世的準則，師生之間相處融洽。多年來，由林宗虎培養並獲得學位的研究生近50名，博士後1名。

1995年，林宗虎當選為中國工程院機械與運載工程學部院士，那年他已經62歲。被評為院士後，林宗虎和研究團隊共獲得國內外專利12項，出版科技著作12本，培養出研究生38位、博士後1位，有一篇博士學位論文被評為「全國100篇優秀博士學位論文」。

在完成的眾多科研項目中，有兩項屬於國際首創，其中一項就是經過10年系統研究、首次得出的發生兩相渦街時的兩相斯託拉赫數的通用計算式，以及對各種柱體發生兩相渦街的系統研究；另一項是首創的氣液兩相流測量中的分流分相測量方法，此法與國際上其他方法相比，在經濟和精度上都佔優勢。

2015年，林宗虎已經80多歲高齡，應邀撰寫自傳時，他平均每天完成3000字的工作量，一直堅持了5個月完成書稿。林宗虎用50餘年的艱辛探索，實現了自己當一名科學家的心願。他在多相流體力學、傳熱學和多相流測量學等方面做出了多項創造性成果，解決了多項國際難題。他在2016年接受媒體採訪時說：「現今，我個人成為科學家的小夢想已經初步實現了，但是振興中華的大夢想尚未完成，我還要和大家一起，為實現中國夢而貢獻自己的力量！不能滿足已有成績，而應不斷進取，不斷攀登事業新高峰。」

《中國科學報》 (2019-12-25 第5版 學人)