领跑人

42科学中国人2016年10月·综合

【封底人物】BackcoverCharacters

专家简介：

在没见到杨立新之前，记者就听闻他是一个十足的棋迷，

是资深的围棋爱好者。待到见面之后，他本人亲自证实了这一

说法。在日常紧张的科研、交流和教学工作之余，他已经极少

有属于自己的业余时间了，但是只要有片刻的功夫，杨立新一

定会摆上棋盘找人杀上一盘或者独自一个人打谱，这种在别人

眼中又费脑子又劳心的事儿，在杨立新看来却是一种最佳的放

松和休息方式。

对此，杨立新解释，别小看了这黑白之道，里面蕴含的哲

理却是深不可测。围棋的变数极多，进退攻守，取舍得失。不

坚持到最后一步，决不能放弃希望。人生如棋，科研事业也是

如此，只要不轻言放弃，就会有翻盘成功的可能。

开局艰辛：

步步为营的人生积累

位于北京西直门外高粱桥斜街的北京交通大学机电学院，

是杨立新的工作地点。闹中取静的办公楼显得已经有些破旧

了，这和想象中那些高大上的科研环境有些相差甚远。然而就

是在这里，杨立新先后主持完成了两个国家级自然基金的面上

项目以及大大小小的省部级和北交大的项目几十项，取得了骄

人的成绩。

深谙围棋之道的杨立新明白，棋要一步一步下，科研之

路要一步一步走，只有步步为营，才能扎实稳定。围棋中讲究

“势”，势就是为将来获胜的可能所做的积累。杨立新在年轻

的时候就为自己的科研之路做足了高瞻远瞩的规划。

1991年在南京航天航空大学动力系本科毕业之后，由于所

学的是飞机发动机热能工程的领域，所以杨立新被分配到沈阳

航空发动机研究所，从事发动机涡轮相关的一些设计和分析工

作。这在别人看来令人艳羡的“铁饭碗”在杨立新心中却并没

有得到满足。一来是对于当时国家发展航空科技的大环境的判

断；二来是对自身能力的高标准要求，他毅然决定继续深造，

并且成功考取了清华大学工程热物理专业的硕士研究生。

凡事，预则立，不预则废。明确的目标，便会产生积极的

杨立新：人生如棋科研如棋

本刊记者刘江

杨立新，北京交通大学机械与电子控制工程学院

副教授。在清华大学热能工程系获工学硕士和工学博

士学位，主要从事金属快速熔凝过程界面特性研究，

结合CFD模拟技术进行激光加工熔化和凝固全过程的数

值模拟研究；2006年在北京交通大学机电学院任教以

来，主持了多项国防领域的CFD数值模拟项目。长期从

事传热传质、凝结换热、微细通道相变流动传热和多

物理场耦合等方面研究，做了大量的创新工作，近年

来在国内外重要学术期刊和学术会议上发表学术论文

20余篇。

Copyright©博看网htsRerved.

2016年10月·综合科学中国人43

差距较大。但是随着经济的发展，国家

在这方面的投入已经有了明显的提高，

尤其是在这个领域的偏基础方面的研究

大有迎头赶上之势，同国际上的差距日

渐缩小。但是在本领域的尖端方面，我

们的差距非常还很明显。杨立新认为主

要体现在有引领性的高水平的论文少以

及具有创新性的思想更少！虽然这与前

面所说的科研设备的投入有很大关系，

但是杨立新也一针见血地指出，实际上

是我国严重缺乏学习能力和创新能力。

对于国外先进技术的学习和效仿，采用

生搬硬套的“克隆”方法，或通过简单

的“抄袭”途经是难以长久的。

杨立新向记者举例，之前我国大

部分的反应堆都是从国外引进的，但是

如果我们要出口给其他国家的话，必须

拥有自主的知识产权。这个自主产权里

面最麻烦的就是燃料组件，它在反应

行动。杨立新预计，热能工程领域必将

成为世界范围内十分重要的发展方向，

而在我国，这一领域更是拥有许多努

力和发展的空间，从科学到技术再到产

业，这虽然是一条崎岖之路，但是却跟

我国的经济发展息息相关，蕴藏着巨大

的生产力。建电站、建电厂、建锅炉、

建电机，这些方面都与热能工程密不可

分，具有极大的需求，必将对我国的国

民经济做出重要贡献。带着对热能工程

领域的浓厚兴趣和热情，杨立新投入到

新的一轮学习过程中去，他废寝忘食，

早出晚归，大部分时间都泡在实验室

里。然而在科研高峰的攀登路途上不可

能是一马平川的，不可避免会遇到各种

困难，而克服困难本身就是成为一名优

秀科学家的必经之路。

“比如CFD模拟仿真手段是很重要

的一种工具，但是商用的CFD软件在20

世纪90年代末才真正进入我国，国内的

研究所和设计单位才开始接触，都处在

摸索阶

段。之前没有人做过，数值模

拟需要编写大量的计算程序，同时也

有许多算法要做。但受当时计算机条

件的限制，往往点击一个操作之后，

你可以回家去睡一觉，然后再过来进

行下一个操作。这种理论上可行，但

实际操作不可行就造成了我们80%的

时间都用在调试机器上了，每天进展

甚微，久而久之，需要调节就不仅仅

是设

备了，更是自己的心态。”杨立新

笑着向记者介绍当时的困境，这样的困

境在今天听起来仿佛只是一个笑话，但

在当时却给杨立新带去了极大的困扰，

“我们只好找来软件的开发者来进行

调整，好在最终还是把这个困难解决

掉了。CFD杨立新一做就做了10多年，

积硅步至千里

，如今他被公认为领域里

领跑人。难怪行业里流行一句话：“做

CFD，去北交大找杨老师！”

杨立新清楚，时刻保持与国际接

轨，科学研究才能达到更高的水

平。所以在2009年到2010年这一

年赴美国休斯敦大学做访问学者

是他一段宝贵的经历。此行最大

的收获就是可以有更多机会接触

国际前沿的课题和更加完备的实

验设施，可以面对面地同国外同

行交流沟通，参加了一些国际会

议，开拓一下视野，锻炼一下能

力，从而确定下来一个自己在该

领域比较前沿的研究方向，进一

步结识一些这个方向比较顶级的

专家学者。

有些时候，人的潜能是需要

在一种特定的环境中才能激发出

来的，就像棋逢高手，自己也能

超水平发挥。杨立新渴望接受高

难度的挑战，但同时他也能做到

冷静分析局面。在他看来，就热

能工程领域，同国外同行相比，

我国的学科起步确实比较晚，尤

其是在科研经费和人才培养方面

堆里面的地位就相当于一部汽车里的发

动机，受保护的地方特别多，比如支撑

燃料棒的定位格架上小到一个挂钩的形

式都有专利保护，当我们要去改进的时

候，就不能只是简单地去模仿了，而是

要有自主设计和研发的能力。这就要求

我们要迫切提高自我学习能力和自主创

新能力，通过学习先进国家的经验，对

比自身的不足，并有创造性的将所学运

用于实践中，不断增强我国的热能工程

领域的硬实力。

中盘精彩：

高瞻远瞩的学科探索

如果把科研事业比作一场棋局，

不能只看眼前的一子一地，要有高屋建

瓴的全局观才可能获得更大的成功。下

棋的人总爱讲“走一步，看三步”，就

是这个道理。未雨绸缪，高瞻远瞩是一

幸福一家

Copyright©博看网htsRerved.

44科学中国人2016年10月·综合

【封底人物】BackcoverCharacters

位优秀科研工作者的基本素质。杨立新

就把目光投向了学科领域中比较前沿基

础的地方，用他的话讲：“我研究的内

容，可能十年二十年用不上，但是二十

年后要用到的东西，我们还是要提前去

做一些探索。”

比如航空工业科技，它的发展水平

体现了一个国家的综合国力。而航空发

动机作为飞机的“心脏”更被喻为“工

业皇冠上的明珠”，如何实现自主创

新，一直是我国航空制造业迫切解决的

难题之一。将航空发动机提上国家战略

层面是大势所趋，为此，国家在三个五

年计划里持续开展了航空推进技术验证

计划，该计划是以提升航空发动机设计

能力为宗旨，以技术验证为核心，以打

基础、建体系为主线的一个航空发动机

验证计划。推进航空发动机研制从“传

统设计”向“预测设计”的转变，为航

空发动机长远可持续发展奠定坚实的技

术基础。杨立新在航空发动机领域的能

力和成就，使他也被邀请共同参与到这

个高级别的项目中来，主要负责解决发

动机的防冰问题，包括发动机内部结构

的流动传热特性以及涡轮叶片的一些气

动特性等等方面。这些在当时都属于关

于发动机的预研性的重大课题，时至今

日，在杨立新的努力下都已取得了阶段

性的成绩。

在2011年，杨立新完成了自己独

立主持的第一个国家自然基金面上项

目——电磁场驱动纳米管线旋转的实验

及数值模拟研究。在当时，这是一个非

常新的方向，基于硅片的微电子芯片受

到加工制造限制，其可以容纳的晶体管

数量已经趋于极限。采用‘基于纳米管

线’的纳电子学取代‘基于硅技术’的

微电子学是突破该极限的有效途径。新

技术基于流体自适应机制，采用外加电

磁场控制纳米管线运动，‘由小而大’

制造下一代电子芯片，取代常规‘由大

而小’的制造技术。通过控制纳米管线

的运动进而控制芯片成型加工的技术难

题成为限制该技术发展的主要瓶颈。杨

立新在这一课题方向进行了探索性试验

研究，在外加电磁场驱动下，他和他的

团队观测到了纳米管线的运动，并积累

了大量相关实验数据和研究经验。

除此之外，在微纳米尺度效应的研

究方面，杨立新也进行了大量基础性研

究，他发现：虽然纳米管线在径向处于

纳米尺度，而长度方向尺寸是数十微米

的量级，其在液体里的运动仍然可以采

用基于连续介质假设的Navier-Stockes

方程并通过加入相关边界修正及其他纳

米尺度效应的修正实现数学模型描述，

因此，该运动仍可以用基于连续介质假

设的计算流体力学（CFD）数值模拟手

段加以研究。

该项目的特色和创新之处在于杨

立新首次将CFD数值模拟方法引入纳

米管线在外加磁场作用下旋转运动的研

究中，结合他在前期取得的微纳米相关

研究成果，建立复杂耦合多物理场、多

因素作用下的纳米管线旋转运动现象数

学模型；将纳米尺度效应、外加电磁场

力、惯性力、粘性力、重力和Brownian

力的作用在数学模型中综合体现，并实

现CFD数值模拟。为电磁场驱动的纳米

管线运动在生物、医学、工程MEMS的

进一步运用提供科学依据，具有重要的

理论意义和工程应用价值。

随着航空航天、微电子、汽车、轻

工、医疗和核工业等的迅猛发展，对零

件的材料性能要求越来越高，结构形状

越来越复

杂，加工精度和表面完整性要

求越来越高，传统的机械加工方法在高

技术制造领域所占的比重正日益减少，

以激光为代表的高能束加工等特种加工

方法，日益得到广泛的应用。世界上各

工业发达国家把激光等高能束流加工技

术称为“将为材料加工和制备技术带来

革命性变化”，纷纷投入巨额资金，相

继建立高能束流热源和加工

技术中心。

杨立新在研究中发现，激光高能

量密度、极好的单色性和超短脉冲直接

导致极高的局部温度和温度梯度，造成

物系和过程远离平衡态，也必然出现诸

多超常的陌生现象，使局部热平衡等

杨立新和家人合影

Copyright©博看网htsRerved.

2016年10月·综合科学中国人45

经典理论描述出现偏差，甚至失效，这

是真正影响激光加工/处理质量的内在

因素。于是他针对激光光源作用下局部

区域产生的微细传递现象和动态演化过

程，着重阐明激光光源束能模式、脉冲

频率、波长与被加工处理对象的材料性

质等相互耦合作用所诱发的光能转换、

内部能质形态转换与传递基本形式、材

料性态改变等演化规律和物理机制，建

立相应的宏观性能数理模型，并通过数

值和实验手段分析典型激光加工处理过

程熔池特性和加热区性能演变过程，总

结激光加工工艺控制参数的影响规律，

为优化利用激光加工工艺、提高产品加

工质量等提供理论依据。

该在研项目的工作难度很大，尤其

对实验观察测试基础条件和测试技术可

行性等都要求很高，而且应用光子与物

质微观粒子和结构的相互作用理论，求

解分析光能转换和材料内部能量形态转

换与传递、材料性态转变，以及它们之

间相互耦合等基本特性规律，也是对于

研究的一个极大考验。但是杨立新其实

在清华大学相变与界面传递现象实验室

攻读硕士博士期间，就开始从事激光加

工过程熔池特性的数值分析和实验等

基础性研究工作，对其中的许多重要

方面都有很深的考虑，这个项目也正

是基于学位论文研究和后来实际工作

中的进一步思考而提出的研究课题，

具有延续和拓展性，这一研究学术思

路新颖，是目前同类研究中比较前沿

的内容，以杨立新在CFD和多物理场数

值模领域近15年的研究工作积累和对

研究现状的了解，很有可能取得创新

性基础研究成果。

收官完美：

知己知彼的产学研合作

在国内高校与企业的产学研相结合

方面，杨立新是公认的典型代表人物。

他无时无刻不在思索着两个问题：一个

是解决热能工程中的原创性科学问题；

另一个则是热能领域的产业化问题，要

确确实实为企业解决一些难题，创造更

大的价值。

在杨立新看来，目前国内有太多的

科研成果躺在实验室的报告里面，高校

科研同企业的工程严重脱节。高校只培

养人才，产生思想，然后成果却很难转

化成为市场生产力，两者之间总还相差

着最后一公里，而杨立新立志于将这最

后一公里的距离打通。

拥有过研究所工作和高校科研的双

重经历是杨立新的一个优势，他提出要

换位思考，你得知道企业的难处在哪？

去主动结合企业的需求，做到知己知

彼，量体裁衣。了解企业需要什么，我

们能够提供什么，结合高校的研究方向

和企业的需要，然后去做，深入之后，

效果才会更明显，而不是一味地只是为

了发表论文而去做一些研究。

杨立新认为另一个关键在于做事的

持续性。无论是科研本身还是与企业的

合作，热能工程的研究没有捷径可走，

来不得半点虚假和自欺欺人，任何凭

“侥幸”心理试图一举成功的做法都是

不可能的。科学前沿的重要问题往往都

是世界性难题，既要靠智力，也要靠专

注和毅力。“为什么我们总要提‘两弹

一星’的精神？因为往往做到最后决定

成败的不是技术问题，而是你这个人搞

科研的一种态度的反馈！”杨立新斩钉

截铁地说。

杨立新会把他的这一观点在日常的

教学中灌输给他的学生们，在他眼中，

他的学生们都是非常优秀的，只不过还

需要时间的积累和修为。他认为，“搞

科研要坐十年冷板凳”这句警言永远不

过时。科研像跑马拉松，而不是百米竞

赛，智力的差别并不大，关键在于你能

坚持一年还是十年还是一辈子？至于名

气、荣誉、获奖这些事，统统没有放在

杨立新的心里，于他而言，他的科研生

涯就像一盘漫长的对弈，他用一生去完

成这一棋局，对手不是别人，是自己，

战胜自己往往比战胜别人更重要。而他

享受的，正是这个过程中的乐趣，而不

仅仅在于结果本身。科

杨立新

Copyright©博看网htsRerved.