桃李不知春來晚，只緣日月步履愁。

先生已乘黃鶴去，化作星辰伴九州。

　　2022年的春天注定會被銘記。4月6日，著名化學(xué)工程專家、教育家、我們敬愛的余國琮先生永遠(yuǎn)地離開了我們。四天之后，就是為先生安放骨灰的那一日，先生生前的秘書張老師告訴我說，她閉上眼睛仍滿是余先生。我想，何止張老師一人，我們太多的人莫不如此。

　　余國琮先生少時經(jīng)歷過侵略者鐵蹄炮火，后畢業(yè)于夢之大學(xué)西南聯(lián)大，留洋求學(xué)功成名就卻滿懷報(bào)國之情毅然返回祖國參加新中國建設(shè)，來天津大學(xué)任教之后不負(fù)周恩來總理親臨先生實(shí)驗(yàn)室時的執(zhí)手重托，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克了總理稱之為“卡脖子”問題的重水生產(chǎn)理論與技術(shù)難關(guān)，改革開放之初面向國家工業(yè)發(fā)展之急需，開展大型工業(yè)精餾技術(shù)研究，組建天津大學(xué)化學(xué)工程研究所，在天津大學(xué)創(chuàng)建了包括國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家工程研究中心以及國家級新技術(shù)推廣中心的完整的精餾技術(shù)研究國家級平臺體系，創(chuàng)立了集基礎(chǔ)研究-應(yīng)用開發(fā)-工程設(shè)計(jì)-設(shè)備生產(chǎn)-開工服務(wù)為一體的“一條龍”式的產(chǎn)學(xué)研科研模式，讓科研成果應(yīng)用遍及神州大地，讓國家化學(xué)工業(yè)技術(shù)水平得以提升，洞察國際學(xué)科前沿，創(chuàng)立“化工計(jì)算傳質(zhì)學(xué)”新學(xué)說，受教育部委托領(lǐng)導(dǎo)化工高教改革項(xiàng)目，為祖國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科教事業(yè)發(fā)展嘔心瀝血，書寫輝煌。余先生曾任天津市政協(xié)副主席、民進(jìn)天津市委會主委、全國政協(xié)常委，以知識分子身份參政議政，為黨分憂，為國分憂，贏得廣泛尊重。正如Praxair公司首席科學(xué)家M.J. Lockett博士評價的，余先生不但是大科學(xué)家也是大戰(zhàn)略家。余先生貢獻(xiàn)非凡，大略在胸，但卻舉輕若重，潛心科研，甘坐“冷板凳”，數(shù)十年磨一劍，育人無數(shù)，卻對每個學(xué)生傾心培養(yǎng)倍加呵護(hù)，對學(xué)生的論文都要逐字逐句修改，令廣大弟子和晚輩們效仿不已，堪稱人生導(dǎo)師、一代楷模。

　　余先生臨終前的一段時間因新冠疫情管控，我去醫(yī)院看望先生的機(jī)會減少了。但每次見面先生只要能講話必談學(xué)術(shù)，反復(fù)講的一句話雖聲音微弱，但震撼人心：“干國際一流事，作隱姓埋名人”，說時先生總是面帶微笑，像是仍在自勉，更是對我們的諄諄教誨。我所認(rèn)識的余先生就是這樣作的，感召我們的正是先生的這種人格。

　　先生離去時，床邊不遠(yuǎn)處的辦公桌上仍擺滿了資料、書籍，就像是先生工作累了，去休息了……。

　　先生雖然離開了我們，但他的精神永在，并將激勵后人繼續(xù)他的偉大事業(yè)。

　　余先生親手創(chuàng)建了天津大學(xué)化學(xué)工程研究所，并出任首任所長，傾注極大心血。2020年余先生壽辰恰逢研究所成立40年，我曾撰文紀(jì)念先生之功績，同時作為先生多年的科研助手撰文介紹先生開創(chuàng)“化工計(jì)算傳質(zhì)學(xué)”的心路歷程和學(xué)術(shù)思想。謹(jǐn)將兩文奉獻(xiàn)于此（原載于“天津大學(xué)化學(xué)工程研究所成立四十年文集”，稍有刪減），略抒對先生的紀(jì)念之情。

　　先生安息！

【文一】

寫在化學(xué)工程研究所成立四十年

　　天津大學(xué)化學(xué)工程研究所自從1981年籌建開始算起，到今年已進(jìn)入第四十個年頭。時間長河，彈指一揮間。然而對于本所，這是不平凡的四十年。再過一個月化學(xué)工程研究所創(chuàng)始人余國琮院士將迎來他的99歲生日，余國琮先生是新中國成立初期最早回國參加社會主義建設(shè)的海外優(yōu)秀學(xué)者之一，率先在天津大學(xué)開展大型精餾塔研究。上世紀(jì)60年代初余先生臨危受命承擔(dān)重水精餾分離技術(shù)研究，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)艱苦奮斗，攻堅(jiān)克難，協(xié)助化工部在中國土地上第一次生產(chǎn)出了重水，解決了當(dāng)時的“卡脖子”問題，為新中國核工業(yè)起步做出了重要貢獻(xiàn)，在教學(xué)上開辦了“穩(wěn)定同位素分離專門化”以培養(yǎng)這方面人才，與此同時開創(chuàng)了我國工業(yè)精餾科學(xué)研究的先河。改革開放之后，余國琮先生領(lǐng)導(dǎo)課題組恢復(fù)大型精餾的科學(xué)研究，為了更好開展研究，1981年開始籌備建立化學(xué)工程研究所。鑒于余國琮先生取得的成績，1982年教育部正式批準(zhǔn)在天津大學(xué)設(shè)立化學(xué)工程研究所，由余國琮先生任所長，重點(diǎn)開展精餾技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。天津大學(xué)同時獲教育部批準(zhǔn)成立的還有精密儀器研究所、內(nèi)燃機(jī)研究所以及系統(tǒng)工程研究所。四個研究所的成立為天津大學(xué)加速發(fā)展并在工科教育與科研領(lǐng)域形成特色與優(yōu)勢發(fā)揮了重要作用。

　　研究所成立伊始，白手起家，余國琮先生只能從當(dāng)時他領(lǐng)導(dǎo)的化工機(jī)械專業(yè)抽調(diào)人力和物力來籌建，開展科研舉步維艱。但那時恰逢我國經(jīng)濟(jì)騰飛，對石油化工產(chǎn)品需求快速增長，余國琮先生洞察國家重大需求，帶領(lǐng)全所同仁艱苦奮斗，克服各種困難，在大型工業(yè)精餾塔的基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域潛心研究，開拓創(chuàng)新，取得諸多突破，形成了具有新型塔內(nèi)件的高效填料塔技術(shù)等一系列應(yīng)用技術(shù)，在全國數(shù)百家企業(yè)的數(shù)以千計(jì)的精餾塔中得到成功應(yīng)用，創(chuàng)造了輝煌的成績，應(yīng)用于工業(yè)的精餾塔最大直徑超過了10米，在煉油常減壓精餾、空分精餾塔等大型精餾塔應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域完全取代了國外技術(shù)，在石油化工、化工等大型流程工業(yè)領(lǐng)域也占據(jù)了國內(nèi)大部分技術(shù)市場，大大提升了我國整個化工行業(yè)精餾技術(shù)水平，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)，使我國工業(yè)精餾技術(shù)一躍達(dá)到國際先進(jìn)水平。其間本所也得到了蓬勃發(fā)展，成員由初建時的十幾人達(dá)到最多時的50余人，研究生超過百人，多項(xiàng)成果獲得國家及省部級科技獎勵，同時獲得了原國家科委、國家教委授予的“先進(jìn)科研集體”等榮譽(yù)等稱號，贏得了學(xué)術(shù)聲譽(yù)。

　　余國琮先生以戰(zhàn)略眼光看待研究所取得的成績，不失時機(jī)與清華大學(xué)、華東理工大學(xué)以及浙江大學(xué)聯(lián)合共同籌建我們國家化工領(lǐng)域第一個國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：“化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”。該實(shí)驗(yàn)室于1990年正式建成，天津大學(xué)分室重點(diǎn)承擔(dān)精餾基礎(chǔ)研究。余國琮先生依托研究所承擔(dān)了“精餾技術(shù)國家過程研究中心”的建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)工作，出任該中心首屆技術(shù)委員會主任。同時國家科技部依托本所成立了“國家化工填料塔及其內(nèi)件新技術(shù)推廣中心”。至此，在余先生的領(lǐng)導(dǎo)下以研究所的力量為源頭依托天津大學(xué)建成了從基礎(chǔ)研究、工程應(yīng)用研究直到技術(shù)推廣的較為完整的精餾技術(shù)科研國家級平臺，同時組建了精餾塔內(nèi)件設(shè)備生產(chǎn)加工企業(yè)，形成了“研究-設(shè)計(jì)-加工-安裝-服務(wù)一條龍”模式和經(jīng)驗(yàn)，成功實(shí)踐了精餾基礎(chǔ)與應(yīng)用研究成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，為科研成果轉(zhuǎn)化提供了成功的樣板。期間教育部曾專門在天津大學(xué)召開現(xiàn)場會，以總結(jié)、推廣研究所在科研成果轉(zhuǎn)化方面的成功經(jīng)驗(yàn)。

　　研究所在科研成果轉(zhuǎn)化方面的成功根植于基礎(chǔ)研究，同時也有力反哺了基礎(chǔ)研究，讓研究所的科學(xué)研究漸入佳境。余國琮先生抓住了大型工業(yè)精餾塔的共性關(guān)鍵問題，提出并領(lǐng)導(dǎo)了復(fù)雜兩相流體力學(xué)、界面?zhèn)髻|(zhì)現(xiàn)象等基礎(chǔ)研究，建立了精餾塔板氣-液兩相流的測量方法，發(fā)展了相應(yīng)的計(jì)算流體力學(xué)模型，將現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于界面?zhèn)髻|(zhì)現(xiàn)象測量，建立激光全息干涉測量裝置精確測量近界面濃度分布，引入激光紋影儀、激光粒子測速儀，解決了界面湍動現(xiàn)象的定性和定量測量問題，獲得了一批理論成果，形成了基于氣液兩相湍流和界面?zhèn)髻|(zhì)現(xiàn)象研究的現(xiàn)代傳質(zhì)理論及其研究方法。與此同時本所還在膜與海水淡化、高壓吸附、酶催化與生物化工、化工過程系統(tǒng)工程、化工過程強(qiáng)化、新能源及其材料等研究領(lǐng)域取得快速發(fā)展和長足進(jìn)步，形成了新的優(yōu)勢。

　　1993年研究所領(lǐng)導(dǎo)班子換屆，雖然余國琮先生不再擔(dān)任所長職務(wù)，但他對本所的科學(xué)研究仍然發(fā)揮著重要的領(lǐng)導(dǎo)作用。他基于大型精餾塔的流體力學(xué)以及傳熱、傳質(zhì)動力學(xué)等工程科學(xué)問題的長期研究，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)以及物理技術(shù)的發(fā)展，提出了“計(jì)算傳質(zhì)學(xué)”理論研究，為化學(xué)工程開辟了新的前沿研究領(lǐng)域。計(jì)算傳質(zhì)學(xué)是基于基礎(chǔ)的守恒以及傳遞動力學(xué)方程，通過數(shù)值計(jì)算實(shí)現(xiàn)對化工過程中流體系統(tǒng)的濃度、流速以及溫度場的嚴(yán)格模擬和預(yù)測，旨在用嚴(yán)格的科學(xué)計(jì)算取代化工過程設(shè)計(jì)中對經(jīng)驗(yàn)的依賴。為此需要解決物質(zhì)在多相湍流體系中的擴(kuò)散、遷移的模型化等一系列科學(xué)問題。經(jīng)過20多年的努力，余國琮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在氣-液兩相湍流模擬、湍流擴(kuò)散以及相間界面?zhèn)髻|(zhì)等方面取得了諸多突破，建立了對化工過程中流體濃度場進(jìn)行嚴(yán)格模擬的兩方程模型以及雷諾質(zhì)流模型，實(shí)現(xiàn)了精餾、吸收、吸附、固定床反應(yīng)、鼓泡塔以及流化床反應(yīng)等過程的嚴(yán)格模擬。相關(guān)的研究三次獲得國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助，成果多次被國內(nèi)外知名學(xué)者引用和高度評價，先后出版多部中、英文專著，培養(yǎng)了一大批博士、碩士。余先生領(lǐng)導(dǎo)的計(jì)算傳質(zhì)學(xué)研究讓本所再次站在了學(xué)科前沿。

　　余國琮先生領(lǐng)導(dǎo)的精餾過程理論與應(yīng)用、化工計(jì)算傳質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域的研究在國際上產(chǎn)生了重要影響。在十多個國外學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)作報(bào)告（美洲2次，歐洲10次，亞洲2次），得到同行關(guān)注，并建立廣泛聯(lián)系，包括早期的與瑞士Sulzer（蘇爾壽）公司、國際最大的空分技術(shù)公司Praxair、美國精餾設(shè)備制造商N(yùn)orton（諾頓）公司、英國BP（英國石油）公司的業(yè)務(wù)合作，近期的與全球第四大空分公司AirProducts（空氣產(chǎn)品）公司、國際著名精餾研究機(jī)構(gòu)美國的FRI（精餾研究公司）以及英國Aston大學(xué)等國際知名企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高校開展的實(shí)質(zhì)性業(yè)務(wù)和合作與學(xué)術(shù)交流，共建聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)，讓研究所聞名于海外。余國琮先生出版的關(guān)于計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的專著在國際著名科學(xué)出版商Springer Nature網(wǎng)站的購買量已經(jīng)超過兩萬份，僅在一年之內(nèi)得以再版，創(chuàng)該出版商之佳績。

　　縱觀研究所四十年發(fā)展，我們一直秉持余國琮先生之主張，潛心研究，甘坐“冷板凳”，數(shù)十年磨一劍，逐步形成了為國家做有用的科研，注重應(yīng)用，把研究成果轉(zhuǎn)化成實(shí)際生產(chǎn)力，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)做實(shí)實(shí)在在的貢獻(xiàn)這一鮮明的特色，鑄就了“高屋建瓴，堅(jiān)持不懈，勇于創(chuàng)新，理論聯(lián)系實(shí)際”的研究所精神。研究所這一特色和精神適應(yīng)了國家發(fā)展需求，因而為國家做出重要貢獻(xiàn)，自身也得到了長足發(fā)展。

　　今天我們正面臨世界百年之大變局，中國將由制造大國邁向制造強(qiáng)國，人類社會需應(yīng)對前所未有的挑戰(zhàn)。立足科研潮頭猶如逆水行舟，但我們也面臨機(jī)會、責(zé)任重大。研究所將在新的形勢下沿余先生開辟的方向，充分發(fā)揚(yáng)研究所精神，形成新的特色，保持研究所的青春與活力，為民族振興乃至人類可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

【文二】

計(jì)算傳質(zhì)學(xué)研究歷程

　　自余國琮先生初次提出，“計(jì)算傳質(zhì)學(xué)”經(jīng)過20年的發(fā)展，至今已經(jīng)形成了較為完整的理論框架，獲得了初步應(yīng)用，出版了有關(guān)專著，發(fā)表了諸多論文，受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，是化工傳質(zhì)研究乃至化學(xué)工程方法的重要成果和進(jìn)展。自上世紀(jì)90年代后期本人開始協(xié)助余國琮先生從事科研工作，有幸親歷了余先生領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)于計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的部分研究?；仡櫠嗄暄芯繗v程，一些經(jīng)歷值得思考。本文對余先生提出并領(lǐng)導(dǎo)的計(jì)算傳質(zhì)學(xué)研究與發(fā)展進(jìn)行簡要回顧，以期對今后的科研有所啟發(fā)。

　　1.概述

　　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)由余國琮先生于上世紀(jì)八十年代開始醞釀并提出，遂開展深入研究，其目的是建立精餾塔復(fù)雜傳質(zhì)過程的嚴(yán)格模擬方法，實(shí)現(xiàn)精餾塔的科學(xué)的理性的設(shè)計(jì)與放大。然目前該方法不僅用于精餾和吸收過程的嚴(yán)格模擬，還有效地應(yīng)用于吸附、固定床反應(yīng)、鼓泡塔生物反應(yīng)以及流化床反應(yīng)等多種分離和反應(yīng)過程。這是因?yàn)橛?jì)算傳質(zhì)學(xué)為化工過程中普遍存在的湍流條件下質(zhì)量傳遞嚴(yán)格預(yù)測提供了一種有效方法。同時，計(jì)算傳質(zhì)學(xué)方法是基于最基礎(chǔ)的守恒、熱力學(xué)、動力學(xué)關(guān)系，從基本的物性、操作和設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)出發(fā)，建立較嚴(yán)格的數(shù)理方程并采用數(shù)值計(jì)算技術(shù)加以求解，用科學(xué)計(jì)算取代傳統(tǒng)傳質(zhì)計(jì)算中的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)，使得化工過程裝置的設(shè)計(jì)有可能擺脫對經(jīng)驗(yàn)的依賴，因此對化學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。

　　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的提出具有明確的應(yīng)用背景和意義。精餾是復(fù)雜的物理過程，其工業(yè)設(shè)計(jì)一直被經(jīng)驗(yàn)所主導(dǎo)。平衡級假設(shè)是在精餾設(shè)計(jì)實(shí)踐中最普遍采用的一種模型。這一模型將復(fù)雜的精餾過程簡化為相互級聯(lián)的若干熱力學(xué)平衡的理論級，因?yàn)槠胶饧壖僭O(shè)遠(yuǎn)離實(shí)際，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際過程之間存在顯著誤差。為此平衡級模型需要通過引入效率（塔板效率或全塔效率）參數(shù)加以矯正才能用于工業(yè)精餾塔設(shè)計(jì)。但效率參數(shù)必須通過實(shí)驗(yàn)或借鑒已有的分離任務(wù)相同的精餾塔操作數(shù)據(jù)才能獲得。因此，平衡級模型簡單，但獲得模型參數(shù)難。除此之外，精餾塔的其他基于傳質(zhì)單元等概念的傳統(tǒng)模型情況相同，所需要的傳質(zhì)系數(shù)等經(jīng)驗(yàn)常數(shù)或準(zhǔn)數(shù)也需要通過實(shí)驗(yàn)加以關(guān)聯(lián)。廣義地，采用簡單模型再通過實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)獲得效率、速率常數(shù)等模型參數(shù)已成為化工設(shè)計(jì)乃至化學(xué)工程傳統(tǒng)方法的基本方式。然而，由于這種實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)適用范圍所限，針對不同工況需要專門進(jìn)行關(guān)聯(lián)，因而迄今已經(jīng)積累了大量關(guān)聯(lián)式 [1,2]，選擇合適的關(guān)聯(lián)式則成為一門高度依賴于經(jīng)驗(yàn)的“藝術(shù)”，這給化工設(shè)計(jì)帶來極大不便，因設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確導(dǎo)致浪費(fèi)甚至失敗成為普遍問題，也使得新化工過程的開發(fā)緩慢、昂貴。發(fā)展計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的目的就是從化工過程基本現(xiàn)象出發(fā)，應(yīng)用基本的守恒、動力學(xué)、熱力學(xué)原理，基于體系的物性、設(shè)備結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，針對化工過程流體中的濃度場、流速場以及溫度場的嚴(yán)格預(yù)測，建立嚴(yán)格的不依賴于經(jīng)驗(yàn)的模型及其求解方法，據(jù)此對化工過程的設(shè)備和操作參數(shù)實(shí)現(xiàn)理性的決策，讓化工設(shè)計(jì)逐步從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)。

　　2. 前傳

　　余國琮先生計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的提出是基于他長期的研究、觀察與深入思考。傳統(tǒng)的精餾模型及其研究普遍忽略塔板上流體流動對傳質(zhì)的影響這一重要問題，假設(shè)塔板流體處于理想混合，這使得精餾研究主要集中于化學(xué)工程師較為擅長的熱力學(xué)模型研究。而在大型工業(yè)精餾塔中，流體流動對傳質(zhì)影響顯著，是深入了解精餾塔傳質(zhì)行為、實(shí)現(xiàn)理性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。對此余國琮先生早有清醒認(rèn)識，上世紀(jì)80年代領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室開展了大型塔板流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)和理論研究，建立了工業(yè)規(guī)模精餾塔流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，對塔板上氣液兩相流體的流動現(xiàn)象進(jìn)行了大量定性和定量的測量，了解了塔板流體流動的基本模式和特性，最大的實(shí)驗(yàn)裝置直徑達(dá)到了2.4m，這在當(dāng)時（直到目前）是全世界高校中最大的精餾研究實(shí)驗(yàn)裝置之一，領(lǐng)大型精餾塔流體力學(xué)研究世界之風(fēng)騷。

　　當(dāng)時計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）已經(jīng)在化學(xué)工程領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用，余先生首先引進(jìn)了有物理學(xué)背景的尤學(xué)一博士從事博士后研究，建立了精餾塔板氣液兩相流CFD方法和計(jì)算機(jī)程序，指導(dǎo)黃潔老師以及博士生張敏卿（留校任教）、劉春江（留校任教）、王曉玲（現(xiàn)在天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院任教）、朱學(xué)軍等多名研究生建立了精餾塔板和填料氣液兩相流動模型和模擬方法，實(shí)現(xiàn)了對精餾塔流體的流動的嚴(yán)格模擬。然而余先生并不滿足單純流體力學(xué)模擬，他針對流體對傳質(zhì)的影響問題已經(jīng)有了更超前的想法，提出了精餾塔板混合池非平衡級模型，先后指導(dǎo)黃潔老師、博士生宋海華（留校任教）、曾愛武（留校任教）等研究生持續(xù)開展研究。這一模型是將塔板（后推廣至填料床層）劃分為有限個區(qū)域，假設(shè)每個區(qū)域處于理想混合并以非平衡模型加以描述，稱“混合池”，不同的混合池允許濃度不同，以此考慮塔板上濃度的不均勻分布?；旌铣啬Ｐ褪怯筛骰旌铣刂g的物料平衡、能量平衡以及混合池內(nèi)的近界面?zhèn)髻|(zhì)和界面相平衡方程組成。

　　但是這種混合池模型需要考慮以往傳統(tǒng)精餾模型不曾考慮的新的傳質(zhì)機(jī)制，即湍流擴(kuò)散。傳統(tǒng)精餾傳質(zhì)模型（譬如基于雙膜理論的非平衡級模型[3]）中的質(zhì)量傳遞只考慮了兩種物理機(jī)制，即組分的分子擴(kuò)散（分子的熱運(yùn)動，指膜內(nèi)傳質(zhì)）以及對流擴(kuò)散（組分跟隨流體流動的遷移，指塔板之間的物料流股）。然而精餾塔板上的流動是連續(xù)的且處于湍流，如劃分成多個混合池，則需考慮混合池之間存在的第三種物理機(jī)制，即湍流擴(kuò)散（由湍流的渦導(dǎo)致的分散作用）。湍流擴(kuò)散是混合池模型所必須考慮的，也是余國琮先生在指導(dǎo)研究中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的，是與傳統(tǒng)的精餾模型的根本的區(qū)別。這使得混合成模型成為了完備的嚴(yán)格模型，這一模型是當(dāng)時國際上第一個考慮濃度不均勻分布的精餾塔模型。

　　然而混合池模型是一種離散模型，實(shí)際過程中無論濃度還是流速都是連續(xù)分布的，雖然理論上可采用更加細(xì)小的混合池的方式加以逼近，但會帶來數(shù)值計(jì)算難度。因而，余先生開始考慮引入微分方程直接對連續(xù)分布的濃度、速度分布建立模型，包括復(fù)雜湍流條件下流體流動、組分的擴(kuò)散、熱量專遞嚴(yán)格模型，實(shí)現(xiàn)對化工過程中的濃度場、流速場以及溫度場嚴(yán)格模擬。余先生認(rèn)為，這種嚴(yán)格數(shù)學(xué)方程的建立和求解完全不同于傳統(tǒng)的工程計(jì)算，而是將精餾過程模擬從工程計(jì)算水平提升到科學(xué)計(jì)算層次，不但涉及傳統(tǒng)的化學(xué)工程理論，同時需要考慮湍流條件下物質(zhì)擴(kuò)散以及相界面復(fù)雜的物理現(xiàn)象及其數(shù)理模型、微分方程的求解以及相關(guān)的數(shù)值計(jì)算問題，研究范疇已跨越傳統(tǒng)化學(xué)工程理論邊界，必將形成化學(xué)工程新的學(xué)科分支。余國琮先生 命名其為“計(jì)算傳質(zhì)學(xué)”。

　　3. 計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的提出

　　進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著計(jì)算化學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算傳熱學(xué)等新興學(xué)科分支的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的高速發(fā)展，用大規(guī)模數(shù)值計(jì)算的方法解決復(fù)雜的工程問題已呈一種趨勢。余國琮先生提出計(jì)算傳質(zhì)學(xué)研究，將化工傳質(zhì)這一復(fù)雜的工程問題通過科學(xué)計(jì)算的方法加以解決的思想正是產(chǎn)生于這一背景。于此同時Fluent、CDStar等商用微分方程求解器的不斷完善給計(jì)算傳質(zhì)學(xué)研究提供了有利條件。

　　精餾等幾乎所有化工過程中的質(zhì)量傳遞都是在湍流條件下進(jìn)行的，對于湍流條件下的流體流動和傳熱來說已經(jīng)有了較為有效的方法，余國琮先生之前領(lǐng)導(dǎo)的精餾塔流體力學(xué)研究也為精餾塔復(fù)雜的兩相湍流模擬建立了有效的方法，因此計(jì)算傳質(zhì)學(xué)面對的核心問題就是對湍流條件下的傳質(zhì)的模擬。計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)是傳質(zhì)理論，因而必須首先解決湍流條件下傳質(zhì)理論模型問題。余國琮先生指導(dǎo)的博士生劉伯譚結(jié)合湍流理論，類比流體力學(xué)模型，首先建立了針對湍流傳質(zhì)的初步理論模型，即基于濃度脈動及其耗散理論的“兩方程模型”，遂由博士生劉國標(biāo)、孫志民、陳江波、李文斌等研究生不斷完善，并分別成功應(yīng)用于精餾、化學(xué)吸收、固定床反應(yīng)、吸附等化工過程的嚴(yán)格模擬。余國琮先生指導(dǎo)的博士生李文斌（后繼續(xù)博士后研究并留校任教）針對CO2吸收過程建立了可考慮各向異性湍流擴(kuò)散的“雷諾質(zhì)流模型”，并將計(jì)算傳質(zhì)學(xué)方法應(yīng)用于流化床反應(yīng)器的嚴(yán)格模擬。博士生張超（現(xiàn)在中北大學(xué)任教）將計(jì)算傳質(zhì)學(xué)應(yīng)用于鼓泡塔嚴(yán)格模擬，并應(yīng)用模擬結(jié)果實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

　?。ㄔ逯羞€有“計(jì)算傳質(zhì)學(xué)主要內(nèi)容”和“今后工作展望”兩個章節(jié)，此處省略）

　　附錄

　　余國琮先生關(guān)于計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的主要論著

　　專著

　　Kuo-Tsung Yu, Xi-Gnag Yuan, Introduction to Computational Mass Transfer: With Applications to Chemical Engineering (second edition) Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Germany, 2017

　　余國琮，袁希鋼，化工計(jì)算傳質(zhì)學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，北京2016

　　Kuo-Tsung Yu, Xi-Gnag Yuan, Introduction to Computational Mass Transfer: With Applications to Chemical Engineering. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Germany, 2014

　　余國琮，袁希鋼，化工計(jì)算傳質(zhì)學(xué)導(dǎo)論，天津大學(xué)出版社，天津，2011

　　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)在精餾過程模擬中的應(yīng)用

　　Wenbin Li, Kuotsung Yu, Xigang Yuan, Botan Liu, An anisotropic turbulent mass transfer model for simulation of pilot-scale and industrial-scale packed columns for chemical absorption, International Journal of Heat and Mass Transfer, 88 (2015) 775–789

　　Wenbin Li, Kuotsung Yu, Xigang Yuan, Botan Liu, A Reynolds mass flux model for gas separation process simulation: I. Modeling and validation, Chinese J. Chem. Eng., 23 (2015) 1085–1094

　　Wenbin Li, Kuotsung Yu, Xigang Yuan, Botan Liu, A Reynolds mass flux model for gas separation process simulation: II. Application to adsorption on activated carbon inapacked column, Chinese J. Chem. Eng., 23 (2015), 1245-1255

　　SUN Zhimin, LIU Chunjiang, YU Guocong (K. T. YU) and YUAN Xigang, Prediction of Distillation Column Performance by Computational Mass Transfer Method, Chinese J. Chem. Eng., 19(5), pp833-844 (2011)

　　LI Wenbin, LIU Botan, YU Guocong and YUAN Xigang, A New Model for the Simulation of Distillation Column, Chinese J. Chem. Eng., 19(5), pp717-725 (2011)

　　Guo Biao Liu, K.T. Yu, X.G. Yuan*, C.J. Liu, A numerical method for predicting the performance of a randomly packed distillation column, Int J. Heat and Mass Transfer, 52, pp5330–5338, (2009)

　　Z.M. Sun, K.T. Yu, X.G. Yuan* and C.J. Liu, A modified model of computational mass transfer for distillation column, Chem. Eng. Sci. 2007, 62(7), 1839-1850

　　Sun, Z.M., B. T. Liu, X. G. Yuan, C. J. Liu, K. T. Yu, New turbulent model for computational mass transfer and its application to a commercial-scale distillation column, Ind. & Eng. Chem. Res., 2005, 44 (12): 4427-4434

　　X. L. Wang, C. J. Liu, X. G. Yuan, and K. T. Yu, Computational Fluid Dynamics Simulation of Three-Dimensional Liquid Flow and Mass Transfer on Distillation Column Trays, Ind. & Eng. Chem. Res. 2004, 43, 2556-2567

　　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)在化學(xué)吸收過程模擬中的應(yīng)用

　　G. B.Liu, K. T. Yu,; X. G.Yuan*; C. J. Liu; Q. C. Guo, Simulations of chemical absorption in pilot-scale and industrial-scale packed columns by computational mass transfer. Chem. Eng. Sci., 2006, 61, (19), 6511-6529.

　　G. B. Liu, K. T. Yu, X. G. Yuan*, and C. J. Liu, New Model for Turbulent Mass Transfer and Its Application to the Simulations of a Pilot-Scale Randomly Packed Column for CO2-NaOH Chemical Absorption, Ind. & Eng. Chem. Res., 2006; 45(9); 3220-3229

　　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)在吸附過程模擬中的應(yīng)用

　　W. B. Li, B. T. Liu, K. T. Yu, and X. G. Yuan, Rigorous Model for the Simulation of Gas Adsorption and Its Verification, Ind. Eng. Chem. Res, 50 (13), pp 8361–8370, 2011

　　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)在催化反應(yīng)過程模擬中的應(yīng)用

　　G. B. Liu, K. T. Yu, X. G. Yuan*, and C. J. Liu, A Computational Transport Model for Wall-Cooled Catalytic Reactor, Ind. Eng. Chem. Res. 47, 2656-2665, 2008

　　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)在鼓泡塔模擬中的應(yīng)用

　　Chao Zhang, Xigang Yuan, Yiqing Luo, Guocong Yu, Prediction of concentration distribution for bubble column reactor simulation Part I: Application to chemisorption process of CO2 into NaOH solution, , Chem. Eng. Sci., 184 (2018) 161–171

　　Chao Zhang, Xigang Yuan, Yiqing Luo, Guocong Yu, Prediction of concentration distribution for bubble column reactor simulation Part II: The analogy analysis between turbulent mass and momentum transfer in biodegradation process of toluene in emissions, Chem. Eng. Sci., 189 (2018) 360–368

　　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)在流化床反應(yīng)過程模擬中的應(yīng)用

　　Wenbin Li, Kuotsung Yu, Jesse Zhu, Xigang Yuan, Yuanyuan Shao, Botan Liu, An Anisotropic Reynolds Mass Flux Model for the Simulation of Chemical Reaction in Gas-Particle CFB Risers, Chem. Eng. Sci., 135 (2015) 117–127

　　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)在介尺度優(yōu)化中的應(yīng)用

　　Cao, X., Jia, S., Luo, Y., Yuan, X., Qi, Z., & Yu, K. T. (2019). Multi-objective optimization method for enhancing chemical reaction process. Chemical Engineering Science, 195, 494-506.

　　Cao, X., Jia, S., Avellaneda, J., Luo, Y., Yuan, X., Flamant, G., & Yu, K. T. (2019). An Optimization Method to Find the Thermodynamic Limit on Enhancement of the Solar Thermal Decomposition of Methane. International journal of hydrogen energy, 44(31), 16164-16175.

　　Jia, S., Qian, X., Cao, X., Luo, Y., Yuan, X., & Yu, K. T. (2018). A criterion beyond conservation equations for complex transport process modeling - A case of Rayleigh-Bénard convection. Chemical Engineering Science, 182, 44-55.

　　Cao, X., Jia, S., Luo, Y., Yuan, X., & Yu, K. T. (2018). Optimal Design of Transport and Reaction Pattern in Premixed Methane-air Micro-combustor. Computer Aided Chemical Engineering, 44, 1945-1950

　　S K Jia, C. Zhang, X.G. Yuan, K. T. Yu, An optimization approach to find the thermodynamic limit on convective mass transfer enhancement for a given viscous dissipation, Chemical Engineering Science, 146(2) (2016),26-34

　?。ㄗ髡呦堤旖虼髮W(xué)化學(xué)工程研究所所長）