艾菁?劉偉

郭慕孫

1920年生于湖北漢陽，祖籍廣東潮州，2012年病逝于北京。1943年畢業(yè)于上海滬江大學化學系，1946年在美國普林斯頓大學化工系獲碩士學位，1956年回國協(xié)助葉渚沛所長籌建化工冶金研究所，創(chuàng)建了中國第一個流態(tài)化研究室，1978年起先后任化工冶金所負責人、代所長、所長，1986年起任名譽所長； 1989年獲“國際流態(tài)化成就獎”，1994年獲“何梁何利基金科學與技術(shù)進步獎”，1997年當選瑞士工程科學院外籍院士，2008年入選美國化學工程師學會“化學工程百年開創(chuàng)時代”50位杰出化工科學家，成為唯一獲此殊榮的亞洲學者。

我國流態(tài)化學科的奠基人、顆粒學的開拓者、國際化工界享有崇高聲譽的化工學家郭慕孫先生離開我們已經(jīng)一年多了，然而他的音容笑貌猶在眼前——仿佛先生仍在認真地審定學科規(guī)劃，修改學生論文；仿佛我們?nèi)栽诎V迷地聆聽先生講解他一生所執(zhí)著追求的流態(tài)化科研工作的歷歷往事，以及對國家科技、教育、能源領(lǐng)域的建議和對未來的美好愿景。

“在郭先生的學術(shù)詞典中，是沒有跟蹤這一詞匯的，他強調(diào)的是‘獨到和‘特色，先生為實驗室的題詞‘注重積累、追求卓越、瞄準前沿、服務需求體現(xiàn)了他一貫的學術(shù)思想?！?/p>

“破天荒”提出新概念

郭慕孫1920年生于湖北漢陽，父親郭承恩曾留學英國，回國后受聘滬杭甬鐵路工程師，母親周石南是小學教師。在父母的培養(yǎng)教育下，自幼好奇心很強的郭慕孫喜歡做造型各異的風箏，還常到弄堂口的小作坊向工人師傅學習車床技術(shù)。1937年，父親與朋友在上海合作開辦了中國第一家工業(yè)煉氣公司，打破了法國企業(yè)在華氣體工業(yè)的壟斷地位，上海的報紙進行了報道，認為這是一件非常了不起的事。當時正在圣約翰大學附屬中學讀書的郭慕孫對父親的壯舉深感自豪，從小就立志做像父親一樣的“工程師”。1939年他考入上海滬江大學（現(xiàn)上海理工大學）化學系。在學期間，他的各科成績始終名列前茅，同時擔任校刊《上海觀察者》的編輯。

1943年大學畢業(yè)后，郭慕孫在上海漢堡化工廠和生化藥廠工作了一段時間，便只身前往重慶等待留學機會。1945年，他憑借自己優(yōu)異的學習成績和突出的英文水平，如愿以償獲得了美國普林斯頓大學化工系的獎學金。

郭慕孫的導師威爾漢姆教授很欣賞這名中國學生勤奮嚴謹?shù)膶W習精神。導師告訴他，跟顆粒有關(guān)的流動問題只有兩類工作，一是顆粒在液體中的沉降，二是通過松散顆粒介質(zhì)的流體流動。如何把二者結(jié)合，尋找規(guī)律就是需要研究的問題。那時，他除了吃飯、睡覺，基本上都在實驗室工作。當時沒有測流量的現(xiàn)成裝置，他就用一些管子反復計算設計制作，與導師一起在液固體系上作了系統(tǒng)且有成效的試驗研究。1946年10月，他完成了碩士學位論文《固體顆粒的流態(tài)化》，1948年發(fā)表在美國《化工進展》雜志上。他們首次觀測到液固和氣固流態(tài)化的差異，提出了“散式”和“聚式”流態(tài)化的概念，建立了顆粒與流體相互作用的流動參數(shù)統(tǒng)一關(guān)聯(lián)式，豐富了流態(tài)化的基礎(chǔ)理論，是國際學術(shù)界公認的流態(tài)化經(jīng)典之作，至今仍被廣泛引用。郭慕孫后來回憶說：“當時流態(tài)化還是一個新名詞，那篇論文首次區(qū)分了流態(tài)化的不同類型，并列出了大量的實驗數(shù)據(jù)，那是破天荒的?！?/p>

在1946年美國化學工程師學會年會上，威爾漢姆教授所作的流態(tài)化研究報告讓學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的與會代表印象深刻，美國碳氫研究公司請威爾漢姆教授推薦一位精通流態(tài)化的畢業(yè)生，郭慕孫自然是最佳人選。為了心中“工程師”的夢想，郭慕孫放棄了繼續(xù)攻讀博士學位的機會，在該公司擔任實習工程師，次年便加入了美國化學工程師學會。郭慕孫在那里做了很多流態(tài)化的實驗和計算等開拓性的工作。

雖然工作穩(wěn)定，但郭慕孫仍然心系祖國，他在美國化工期刊登了尋求回國工作的啟事，可口可樂公司選中了這位華人工程師，派他到中國拓展業(yè)務。1948年7月，他被派往香港解決技術(shù)問題，完工返回上海才得知公司為避免戰(zhàn)爭風險，已決定年底從中國撤離。于是可口可樂公司又將他派往印度新德里，他與同事們歷經(jīng)五個月，硬是在一座破舊廠房里建成了印度第一家可口可樂工廠?；氐矫绹螅话才诺郊~約實驗室工作，在此期間撰寫的《差壓法測定汽水中含二氧化碳》的論文，獲得美國汽水行業(yè)的契斯特曼獎。

1950年12月9日，郭慕孫與大學同學、波士頓大學社會學碩士桂慧君步入婚姻殿堂。1952年5月，他再次回到碳氫研究公司，繼續(xù)從事煤的氣化、氣體煉鐵和低壓空氣分離等研究。在美國期間，他發(fā)表論文8篇，獲低溫氣體吸收、含碳固體物料氣化工藝、含碳固體的氣化3項專利。郭慕孫在接受采訪時曾說：“我回國的目的就是希望將這些研究和專利繼續(xù)做下去，并且要在自己的國家產(chǎn)生經(jīng)濟效益?！?956年8月，郭慕孫終于等來了回國良機，攜家人乘船輾轉(zhuǎn)香港回到新中國的懷抱。

“流態(tài)化”大顯身手

1956年，正在籌建中國科學院化工冶金研究所（以下簡稱“化工冶金所”，現(xiàn)中國科學院過程工程研究所）的著名冶金學家葉渚沛得知郭慕孫剛剛回國，便發(fā)出工作邀請，因為曾看到過他發(fā)表的碩士學位論文，所以建議他將化工中的流態(tài)化技術(shù)運用到冶金領(lǐng)域，即利用流態(tài)化焙燒的方法，處理回收湖北大冶鐵礦中的銅。郭慕孫了解了前輩對自己的學術(shù)規(guī)劃后，欣然加入化工冶金所，后被任命為流態(tài)化研究室主任。

郭慕孫深知基礎(chǔ)研究是科學技術(shù)和工程科學創(chuàng)新的源泉，他將自己在美國的研究成果進一步延伸，擴展到顆粒有進有出的流態(tài)化體系，提出了“廣義流態(tài)化”理論，成功預測了八種流態(tài)化類型，計算了不同顆粒和流體系統(tǒng)的流態(tài)化行為，分析了許多工程技術(shù)問題，并且將該理論和計算方法應用到科研項目中，如低品位鐵礦的富集和有色金屬分離等。這在流態(tài)化領(lǐng)域是首次提出，它構(gòu)建了適用于整個顆?！黧w系統(tǒng)和流態(tài)化的理論框架，取得了獨樹一幟的理論突破。但由于當時中國環(huán)境封閉，國際同行對此鮮有耳聞。

回國頭幾年，科研條件和生活環(huán)境還相當艱苦，為了將實驗室成果盡快應用于工業(yè)生產(chǎn)，郭慕孫總是奔波于全國各地，一邊開展實驗，一邊研究設計，一邊指導工業(yè)應用。他經(jīng)常在一二十米高的流態(tài)化中試設備上爬上爬下觀測實驗結(jié)果；在沒有計算機的年代，他靠拉計算尺一點一點地計算參數(shù)、設計方案；在實驗現(xiàn)場他與同事們同吃同住，夜以繼日地工作。湖北大冶、四川攀枝花、遼寧鞍山、貴州萬山、內(nèi)蒙古包頭等廠礦企業(yè)都留下了他們辛勤工作的汗水與足跡。

為進一步推廣流態(tài)化技術(shù)，郭慕孫在1958年首次發(fā)表了《流態(tài)化技術(shù)在冶金中之應用》，1963年又發(fā)表了《流態(tài)化垂直系統(tǒng)中均勻球體和流體的運動》，并撰寫了《廣義流態(tài)化》等論著，由此帶動了一系列的工業(yè)研究。他將“廣義流態(tài)化”的研究成果成功應用于冶金過程，使流態(tài)化技術(shù)逐步為我國工業(yè)界所重視，為此他被授予“全國先進工作者”。

“文革”期間，郭慕孫遭受了不公正的待遇，但他仍在艱難困苦中堅持科研工作。1969年9月，他被安排到大西北甘肅金川886廠，參加鎳鈷礦氯化焙燒擴大試驗。那里的生活和工作條件相當艱苦，沒有辦公桌椅，吃粗糧，缺蔬菜，上班要戴防毒面具做試驗，每人發(fā)一大瓶咳嗽糖漿治嚴重的氣喘。在繁重的勞動之余，他擠時間進行了大量的金屬氧、氯化物的熱力學數(shù)據(jù)分析計算，設計出全新的氣相化學遷移工藝流程，解決了有色金屬氯化物與鐵氧化物的分離，在小板凳上寫出了“用氣相遷移法從含有色金屬復雜鐵礦中提取有色金屬”的手稿。對于我國最大的鎳鈷礦資源的綜合利用，他提出的氯化遷移的構(gòu)思時至今日仍值得探索和借鑒。

二十世紀七八十年代，當國際上很多流態(tài)化研究的同行熱衷建立氣泡模型時，郭慕孫并未跟風而上。他針對氣固流化床中氣泡對相際接觸和傳遞的不良影響，獨辟蹊徑開創(chuàng)了稀相流態(tài)化、快速流態(tài)化等無氣泡氣固接觸新領(lǐng)域。經(jīng)過十余年的刻苦攻關(guān)，他所創(chuàng)立的“廣義流態(tài)化”理論和“無氣泡氣固接觸”理論，已逐步成為流態(tài)化研究領(lǐng)域一個獨立的、完整的理論與技術(shù)體系。

1973年，郭慕孫率先提出了“快速流化床”的一維模型，預測并通過實驗證明了快速流化床中顆粒聚團的存在。然而當時化工界對是否存在聚團仍存爭議，甚至關(guān)于聚團假設的投稿也被拒之門外。郭慕孫始終堅持以聚團為核心建立模型研究，至今近四十年的艱難研究歷程證明，顆粒聚團是一種介尺度現(xiàn)象，而介尺度問題又是很多復雜現(xiàn)象的共同瓶頸，由此更加體會到當時郭慕孫選題的前瞻性和重要性。

然而，散式流態(tài)化與聚式流態(tài)化之間存在的巨大差別，一直未能從理論上給予合理的解釋。1984年郭慕孫又提出了快速流態(tài)化的流域劃分，針對無氣泡氣固接觸的特殊流型特點，從多尺度概念入手，指導他的博士生進行能量最小多尺度（EMMS）方法的研究。

1992年到1997年是EMMS模型發(fā)展最艱難的階段，一是模型受到質(zhì)疑，二是EMMS的應用尚未開展。在這個關(guān)鍵時期，郭慕孫帶領(lǐng)大家積極開展工作，經(jīng)過持之以恒的不懈努力，終于計算出了結(jié)果。他們首次建立了流態(tài)化系統(tǒng)中非均勻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性條件，突破了對兩相流系統(tǒng)進行量化模擬計算的瓶頸，將顆?！黧w系統(tǒng)計算廣泛應用，并被延伸至其他系統(tǒng)，在國際上逐步確立了多尺度方法這一領(lǐng)域。通過發(fā)展離散模擬，又擴展到其他系統(tǒng)建立普適方法，并與離散方法結(jié)合，形成以問題、模型、軟件和硬件結(jié)構(gòu)相似為特征的高性能并行計算模式。此發(fā)展的極值多尺度方法，推動了化工過程實時模擬的實現(xiàn)，得到國際同行的高度贊揚，被廣為應用，這其中凝聚了郭慕孫大量的心血。

2000年，已是80歲高齡的郭慕孫開始籌劃主編一部巨著《流態(tài)化手冊》，他親自編寫詳細的寫作提綱，組織國內(nèi)外64位知名學者參與撰寫，這部316萬字的 《流態(tài)化手冊》于2008年由化學工業(yè)出版社出版，在化學工程領(lǐng)域具有里程碑式的意義。

“小顆粒”發(fā)揮大作用

在半個多世紀研究金屬復雜礦和貧礦的過程中，郭慕孫總能提出物質(zhì)基本現(xiàn)象的科學本質(zhì)，通過持續(xù)實驗研究，舉一反三，不斷擴展，從中探究其共性，凝練出更高層次的科學問題。他開拓的流態(tài)化技術(shù)延伸到許多顆粒的物理加工和化學反應工藝，進一步從更小的尺度——顆粒上著手，探索化學工程中有關(guān)顆粒的作用和反應過程中的變化，覆蓋了更多學科。

郭慕孫與顆粒有著不解之緣，一輩子的科研工作基本都與顆粒息息相關(guān)，為推動我國顆粒學的學科發(fā)展傾注了大量心血。1978年，他在中國科學院學科規(guī)劃中就提出化工的四個科研方向，即傳遞過程、化學反應工程、生物化工和顆粒學。1984年，他在化工冶金所籌備建立了顆粒學實驗室，在國內(nèi)率先開展了顆粒形態(tài)表征等科研工作，并派出科研骨干到國外學習，培養(yǎng)了許多從事此項科研工作的人才，帶動了我國這一交叉學科的迅速成長。1986年9月，他組織成立了中國顆粒學會，親自擔任理事長至2002年。至今該學會已成立了顆粒測試、顆粒制備與處理、流態(tài)化、氣溶膠、超微顆粒、生物顆粒、能源顆粒材料七個專業(yè)委員會。

郭慕孫十分重視國內(nèi)外的學術(shù)交流，在北京主辦了國際流態(tài)化會議、國際循環(huán)流化床會議、中日美顆粒技術(shù)會議、中日顆粒技術(shù)會議及中美化工會議，發(fā)起并參與主持召開了九次中日流態(tài)化會議、六次全國流態(tài)化會議，培養(yǎng)帶領(lǐng)他的學生和同事們走出國門、步入國際，通過積極的卓有成效的學術(shù)交流合作，推動了流態(tài)化技術(shù)和顆粒學等相關(guān)學科的發(fā)展。

為促進中國顆粒學研究的發(fā)展，更好地開展國際學術(shù)交流，郭慕孫于2003年創(chuàng)辦了PARTICUOLOGY （顆粒學報）并親任主編。他對所有入載文章都一字一句認真修改，嚴把質(zhì)量關(guān)。2008年該刊已成為SCI源刊，2012年的影響因子達到1.423，在被SCI收錄的國內(nèi)化工類期刊中位居榜首。他在化工著名期刊Chemical Engineering Science 編委的崗位上辛勤耕耘了十余載，為中國學者的文章走向世界發(fā)揮了重要作用，經(jīng)他修改的論文，有的達十幾稿之多，國際同行為之贊嘆。

郭慕孫一生獲獎無數(shù)，但對榮譽他認為應歸功于集體。1989年獲“國際流態(tài)化成就獎”，1994年獲“何梁何利基金科學與技術(shù)進步獎化學獎”，1997年獲美國化學工程師學會流態(tài)化講席獎，同年當選瑞士工程科學院外籍院士，2008年入選美國化學工程師學會化學工程百年開創(chuàng)時代50位杰出化工學家，是亞洲唯一獲此殊榮的科學家。

郭慕孫的學生曾這樣評價恩師，

“郭先生有著敏銳的學術(shù)思想、罕見的嚴謹認真、純粹的學術(shù)風骨和永無止境的科學追求”“在郭先生的學術(shù)詞典中，是沒有跟蹤這一詞匯的，他強調(diào)的是‘獨到和‘特色，先生為實驗室的題詞‘注重積累、追求卓越、瞄準前沿、服務需求體現(xiàn)了他一貫的學術(shù)思想?！?/p>

郭慕孫就是這樣持之以恒、一步一個腳印、不知疲倦地辛勤工作，直到去世當天還在為青年人講科普、改稿子。他把自己的一生毫無保留地獻給了祖國的科技事業(yè)，對流態(tài)化學科和顆粒學的發(fā)展作出了卓越貢獻，提供了大量寶貴的知識財富。他的科學精神和學術(shù)風骨將永遠激勵后人勇攀科學高峰。（來源：《中國科學報》，2014-03-21）