于是我们开始寻找介绍吴仲华院士叶轮机械三元流动理论的资料,记得到1997年我们参加在浙江湖州市召开的全国地市州报时事好新闻评选工作会议,下飞机路过路过杭州时,还专程打的到浙江大学出版社购买研究吴仲华三元流的书籍,出版社工作人员还终于在他们书库找到一本。2002年我们在四川科技出版社出版的《三旋理论初探》一书,其中164-173页《三旋与流面》一节,就是我们学习吴仲华院士叶轮机械三元流理论,与结合三旋理论初探结果的说明。 三元流理论产生后揭示的基本认知,是改变直到20世纪40年代末,一直使用孤立叶片模型的风扇、压气机、涡轮的叶片等发动机核心部件的内部流场极为复杂,以及对其内部流动规律的研究,因为原先的这类模型,只能计算叶片平均半径处进出口流动参数的变化,不能计算叶片的扭转与弯曲,也没有考虑叶片之间的相互作用。吴仲华因启示“类圈体的三旋仅是一种理想的运动流线。在类圈体转座子的实际运动中,形态却可能多种,例如旋转轨迹流线之间出现微团的徙动,在流体中就是常见的现象。此种情形,把三旋时空坐标系分解为两个单独的三维坐标系,并不能方便三维偏微分方程的求解。而三元流理论的创立者吴仲华教授提出的把三维流动分解为S1与S2流面的方法,却具有启迪性。这为一些三旋问题求解提供了新的思路”。 20年后到21世纪的今天,我们认为类似吴仲华院士开创的技术基础理论②,反过来对②的前者①科学基础前沿的丰富打造发展,更有可能新开辟科学技术②、③和④航线,作新的直道或弯道超车。因此也许意义并不比吴仲华院士开创技术基础理论②的叶轮机械三元流动通用理论,直接帮助研制出③和④阶段一代又一代优秀的航空发动机和燃气轮机产生的促进作用小。这里仅举目前的两个例子。 C、旋错结构拓扑材料导致局域态光子和分数电荷 2021年1月26日《中国科学报》发表《体--旋错对应关系首次被证实》一文报道:旋错是晶体材料中自然形成、普遍存在的一种缺陷结构。苏州大学蒋建华教授和南京大学蒲殷教授合作,通过理论计算、原型设计、实验表征相结合的研究方式,首次成功观测到拓扑材料中旋错结构,可导致的稳健光子局域态和分数电荷。这些验证和发现,为拓扑物理和材料的研究开辟了新道路和方向,并显示出光子晶体和超材料在基础物理研究中的重要价值。 蒋建华和蒲殷两个课题组创造性利用光子晶体作为拓扑晶体绝缘体的类比,通过构建光子晶体旋错结构实现探测体--旋错对应关系的物理系统。在拓扑光子晶体中计算发现这些局域态,可作为非常稳定的光学微腔,在应用上具有重要的价值。在测量分数电荷方面,通过与电子系统的类比,利用珀塞尔(Purcel)效应的经典对应测量光子的局域态密度。通过局域态密度可间接测得拓扑能带导致的分数电荷;发现并证实拓扑晶体绝缘体中旋错导致的分数电荷5/2,由此体--旋错对应关系首次在实验上被证实和发现。同时实验还发现了旋错导致的光子局域态,并发现这些局域态仅存在于拓扑晶体材料中。 旋错在表面附近,可以通过显微镜找到。在体--旋错对应关系中,旋错可以诱导出分数电荷,且分数电荷的数值完全依赖于拓扑晶体材料的拓扑指标。由晶体对称性所保护的拓扑材料,往往不遵循体--边对应关系,甚至很难通过能谱确定它们的拓扑指标。这成为拓扑物理中实验和材料研究的一大挑战。为解决这一问题,人们提出了一系列新的物理性质来表征拓扑晶体材料。其中特别有用的是所谓的体--旋错对应关系。可以通过测量旋错诱导的分数电荷,判断出材料的拓扑指标。除分数电荷之外,通常还会在旋错上发现拓扑诱导的局域态。 D、发现催化剂旋转现象可精准原子级调控 2021年1月29日《中国科学报》发表《纳米材料有望原位“智造”》一文报道:浙江大学电镜中心张泽、王勇实验团队,依托其擅长的原位环境电镜开展催化反应实验,通过原子层面的原位表征,首次发现在催化反应时金颗粒发生面内(外延)转动(约9.5°),首次通过可视化实验直观证明了活性位点位于界面;此外,还发现停止通入一氧化碳催化时,金颗粒又神奇的转回到原来的位置。为了完全确认转动现象,研究团队又从侧视与俯视两个角度进行了精细审慎的表征。研究人员表示,之所以如此慎重,是因为这次看到的“催化剂旋转现象”,通常被人们认为是不可能发生的现象。 中国科学院上海高等研究院高嶷理论团队,根据实验结果首先大胆猜测诱导颗粒转动的“主角”,是界面吸附的氧,并就此推测进行了一系列的第一性原理及纳米尺度热力学计算。研究结果显示,界面缺氧状态下的颗粒与二氧化钛载体紧密结合的同时,丧失了一定的吸氧能力,转动了一个小的角度之后的颗粒界面则能提供“又多又好”的吸附氧活性位点。为了能更好的与吸附氧相结合,适应高氧环境,颗粒转动由此发生。而在界面氧被活化与一氧化碳反应之后,颗粒又回到了原有位置以便与载体紧密结合。基于这样的理论认识,科研人员进一步提出了通过改变反应环境(更换气体环境与控制温度)来精确调控界面的设计思路,并最终在原位电镜实验中得以实现。 这里浙江大学、中国科学院上海高等研究院、丹麦科技大学的研究团队,首次实现了界面活性位点的原子级别精准原位调控,该成果对如何从机制出发、自下而上地实现材料、器件结构和功能的精准调控和设计?在负载型催化材料领域,金属颗粒与氧化物载体之间形成的界面在许多重要反应中起着关键性作用。但如何调控这一活性界面,是当今科学界的一大挑战。因为金颗粒和二氧化钛结合在一起时形成了新的化学键,“焊接”非常牢固(有外延关系),即便是被高能量的电子束轰击也都岿然不动。是什么化“不可能”为“可能”?实验观察到的现象背后的机制是什么?这是否可以被利用来实现催化剂界面精确调控的梦想?科学家实现纳米材料界面的原位精准原子级调控,表界面结构是决定纳米材料性能的关键因素。纳米材料能否像彩泥那样实现原位“智造”?科学家的一项研究成果给出了答案。 金属颗粒在负载过程中与基底形成的界面具有随机性,负载完成以后,目前也缺乏有效手段对界面进行“精修”,这使得精确调控颗粒与氧化物间的活性催化界面成了一个“不可能完成的任务”。在这项研究中,研究人员利用环境透射电子显微镜的原位表征和第一性原理计算,对原子尺度下一氧化碳催化氧化过程中观察到的催化剂界面活性位点的可逆变化进行解析,揭示了活性界面与反应环境之间的动态原位相关关系,首次实现了界面活性位点的原子级别精准原位调控。 负载在二氧化钛表面的金颗粒是将一氧化碳转化为二氧化碳的重要催化剂,也是工业催化研究中的常见组合。通常人们认为固体晶体是一种稳固的材料,对固体晶体材料的调控必须从其生长过程着手,一旦材料成型再要调控是非常困难的。这就像一个乐高玩具,如果想要重塑其结构,就必须进行拆解才能再构。但是最近十多年的原位研究显示,纳米固体晶体材料远没有大家想的那么“硬”,而是更像橡皮泥一样具有很强的原位可塑性。这些原位实验现象昭示了一种革命性的原位“智造”纳米材料的可能性,但是这一切的前提是能合理预测其变化。在这项成果中,科研人员再次证明了利用反应环境原位精准调控材料功能表面与界面的可行性与广阔未来。 E、前沿科学基础+推广产品、商品应用要防错 21世纪的今天,我们宣传吴仲华院士开创的技术基础理论②的这个阶段的重要,还有一层意思,是因为如果直接把前沿科学基础①+产品、商品应用推广③和④,会有错,如造假量子水、量子肥的神效。这也是为啥2019年5月23日费伦教授去世,我们要写《深切悼念上海复旦大学费伦教授逝世》的文章?因为科技是要在于应用,但一定要把推广③和④产品、商品之前的技术基础理论②打牢靠。费伦教授在对中医经络分形治病的技术基础科学实验上,就是这样干的。
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