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探幽采撷思想精华 精选

已有 4058 次阅读 2022-6-18 14:34 |个人分类:科学家研究|系统分类:科研笔记

       

探幽采撷思想精华------追随先生四十载(3)

经过很长时间的学习与研究,主要是研读先生在学术期刊上发表的论文,以及应教学需要而编写的教材,我才能初步了解先生独特的思维方式与方法特质。先生对我影响最大的是“机电结合”的与“方法搬家”。(叶明.钱钟韩:触类旁通,方法领先[A]. 卢嘉锡.院士思维(卷二)[C],合肥:安徽教育出版社. 1998.590-599)前者是技术科学的“本体论”—学科交叉,后者是技术科学的“方法论”—类比移植。

“机电结合”这一学术思想是先生50多年科学生涯的结晶,从20世纪30年代来开始孕育,经40年代的培育,发展到60年代脱换而出。在70、80年代不断丰富与完善,内容丰富自我体系。先生极力批评以往的动力工程学科认为基本上分门别类地剖析各项动力设备的构造和设计、用孤立的和静止的观点去透视各项动力设备,因而没有抓住问题的要害一动力系统的整体运行和不断适应外界需求的特性。他认为,真正的动力工科学科应该从动态运行和联合系统的角度出发,着重研究实动力工程系统整体运行的规律和不断适应外界需求的动能,并又充分注意各项设备之间的相互联系和相互影响,从而在高能分件设计和制造技术的基础上,进一步形成研究联合动行和整体设计的科学体系。为此必须把机械电气、热工以及检测仪表和自动化等多方面的专业知识有机地结合起来。这种具有跨学科性的学术思想和教学体系。为提高中国工业部门的国际竞争能力,开发动力工程领域的基础知识,改善中国大学模仿苏联教育体制所造成的专业划分过窄人才培养模式单一的状况,以及增进大学师生与工业部门工程师之间的相互联系作出了举足轻重的贡献。在“机电结合”思想指导下,先生于50—60年代期间,首次成功地将经典控制理论引入热工系统,开创了我国热动态学和热工自动化研究的新领域,使处于试验形态的热力工程上升为具有现代科学形态的热工动态学。由此可见,先生主张机电结合的思想是强调整体和过程,以及对过程的控制。

“方法搬家”即学科间知识与方法的类比移植是先生思想方法的第二个特点。先生在20世纪50年代中期独立地提出了综合解决窑炉“传热问题的热流线路和分析法”。 先生在利用电路分析理论中比较成熟的概念和方法,提出了“热流阻抗”和串联及并联的“热流线路”的概念,从而引出了一整套的统一而且切实可用的计算方法。根据这种新观点,先生分析了苏联学术权威有关计算方法和图表数据,并指出其中某些比较严重的错误和缺点,以此为开端,先生从而为热流线路分折法的进一步推广做出不懈的努力。在进行移植时,先生同时考虑到不同对象之间的区别,例如将经典控制理论引入热工系统、并不是一种简单的随意“移植”,而是有条件的,审慎的。先生指出,在分析复杂对象动态特性,并不加判别地把它应用于未经研究的条件,往往会导致原则性的错误,对于一个多元的系统来说,全微分式是表达它的动态特性的唯一正确方式,利用多元函数的仿偏微分法,可以很有效地分析和研究各种不同联合方式,不同工作条件和不同工况对于机组动态特性所起的影响。钱锌韩认真讨论了单向作用系统和无方向作用系统的实际形成条件,并指出了在实际动力系统中各项主要设备的联系方式是无方向性的,因此最简单,最经济和最形象化的模拟方案很可能是利用一些无方向性元件  (如电阻、电容等)来组成一些等效的无源网络(通常是等效电路)。先生成功地利用偏微分法和等效电路的概念,系统地分析了汽鼓锅炉--汽轮机联合系统在不同联合系统及在不同工作条件下在汽压调节方面的动态特性,提出了适应于单元机组和母管制的一些传递函数和方框图,这就可以利用计算或模拟试验方法来对联合系统(在变动工况和调节过程中)的动态反应作出初步姑升,以便选定最好的运行方式和最好的自动调节方案。在热工学领域,先生不仅提出许多新概念和新方法,而又善于为动力设备热工现象的动态变化建立简洁而合理的系统模型,先生对机电结合对象(既有动力学和热力学过程,又有电磁过程)的各个环节  (汽轮机一发电机一电网一负载设备)的功额特性的综合电模型说明,各个环节之间的相互作用,求出联合系统的综合传递函数,这种电模型能够适用于较大的变动范围。既可以说明正常运行工况附近的小范围变动 (增量),又可以用以对大幅度的变动  (例如,启动、眺闸、或严重的短路故障作理论分折),根据各种电模型可以建立机电系统在不同运行方式下动态方程。先生这一工作澄清了电力部门及科研机构同行间长期争论的核心问题,有效推动了中国大功率汽轮发电机运行复杂热工系统时,具有直观性、实时性、整体性和形象化等一般的数学模型和计算机妨真所不具备的优点,同时也为对复杂非线性系统进行快速仿真汁算奠定了必要的理论基础。在用现代控制理论改造传统热工理论的过程中,先生突出的成就不仅表现为用系统模型  (电模型、数学模型)准确表达物理科学和工程科学里的许多思想,而且能够创造性地使用语言符号表表达个人的思路和特色,不止要求符合逻辑算法规则,而且强调能够更充分地反映客观对象的复杂性和更真切地表达个人思想的曲折性。

     




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