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腾讯“科技探索奖”中的50位中国青年对科学都有哪些贡献?

时间:2018-11-02 02:26:39

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腾讯“科技探索奖”中的50位中国青年对科学都有哪些贡献?

这篇回答力图简要地普及一下在交通建筑领域获奖的几位科研工作者的一些有趣的工作。(ps:如欲获悉更深入全面的科研成果建议移步知网或国外论文数据库)

小目录:(1) 邓自刚教授:高温超导磁悬浮技术;(2)陆新征教授:巴黎圣母院的防火研究。

(1) 邓自刚教授:高温超导磁悬浮技术

邓自刚教授任职于西南交通大学的牵引动力国家重点实验室,从事的研究方向为轨道交通技术的前沿领域:高温超导磁悬浮技术。

emm…借由邓教授发表的综述类论文《高温超导磁悬浮车研究进展》[1],在此回顾一下磁悬浮技术的发展历程。

在磁悬浮技术之前,高铁列车提速的技术瓶颈在于列车车轮与钢轨之间的粘着作用及其摩擦损耗问题,因此400km的安全运行时速已经接近高速列车的极限。现实中再考虑运营方面的因素,高速列车的时速通常不超过350km。

磁悬浮技术则利用电磁力来实现列车与轨道之间的无接触,列车运行的牵引动力同样由强大的电磁力提供。这就避开了高铁技术面临的轮轨问题,于是速度更快的列车具备了理论上的可行性。

(低温)超导磁悬浮技术中,列车与轨道之间无接触的实现,则是通过安装在列车车轮旁边的小型超导磁体提供强大的排斥力,从而使列车悬浮于轨道之上。目前磁悬浮列车的时速记录是由运用了低温超导磁悬浮技术的日本L0型磁悬浮列车在达到的603公里/小时。不言而喻,这种技术需要让低温超导磁体维持在液氦温区(4.2K)的工作环境中,因此会使列车系统的设计更加复杂,并带来高昂的运行成本。

高温超导磁悬浮技术则是将高温超导磁体投入到磁悬浮技术的应用中。西南交通大学的高温超导磁悬浮技术采用了临界温度达93K的钇钡铜氧YBaCuO作为超导体,于2000年研制成功了世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”,验证了高温超导磁悬浮车在工程上的可行性。

随后,西南交通大学将高温超导磁悬浮与真空管道概念相结合,于研制成功了新一代的真空管道&高温超导磁悬浮环形试验线。

PS:我个人作为一枚铁路领域的研究生,曾受邀在这条试验线上体验了一下高温超导磁悬浮技术。设计理念上,管道内部可以维持气压接近于真空以减少列车高速运行时所受的风阻。

以邓自刚教授为代表的西南交通大学的学者们,在磁悬浮列车运行机制理论(例如磁悬浮列车运动学和动力学等)、列车设计理论(例如列车轴承、转向架等构件的设计)、试验研究(例如上述的试验线)等研究中积累了大量的科研成果,他们在高温超导磁悬浮领域作出的研究贡献是不言而喻的。邓自刚教授在该领域内发表SCI学术论文110余篇,可谓硕果累累,此次获奖实至名归。

(2)陆新征教授:巴黎圣母院的防火研究

陆新征教授任职于清华大学土木工程系防灾减灾工程研究所,从事的研究方向为建筑/桥梁结构的防灾减灾(例如地震、火灾、车辆撞击等)研究。

陆新征教授署名的论文中,有一篇堪称完美结合时事的科研论文:《巴黎圣母院火灾蔓延过程初步模拟与防火改造建议》[2]。

这篇论文根据巴黎圣母院的建筑结构和灾情,通过建立计算流体力学CFD模型,再现了巴黎圣母院火灾蔓延的全过程;随后借鉴中国古建马头墙的建筑技术,提出了屋顶防火隔离改造的建议;最后建立了多种隔离方案下的CFD模型,对比分析了巴黎圣母院重建后的防火措施。

巴黎圣母院的结构主体为由不可燃材料建造的砌体拱结构,屋顶则采用了可燃的木结构。火灾事故发生于法国当地时间4月15日下午6时,而火灾的蔓延区域主要在于木结构的屋顶。

根据相关的灾情公开资料,火灾全过程分为3个阶段:尖塔底部开始起火、火势蔓延至塔尖、火势蔓延到整个木屋顶。

承载尖塔的结构在火灾中被烧毁,导致尖塔坍塌并带来二次灾害。

为了从建筑结构上阻断火灾的蔓延,文中建议在巴黎圣母院的重建改造设计中考虑徽派建筑的马头墙……(ps:那么巴黎圣母院要不要考虑一下改名徽州圣母院?)

除此之外,这篇论文还建立了多种防火墙方案的CFD模型,观测增设防火墙后对火势隔断的效果,从而评估各种防火墙方案在巴黎圣母院火灾减灾中的作用,并给出切实可行的减灾措施建议。

我个人第一次看到这篇论文的梗概是在某科研向公众号的推送上,对于这么一篇思路清奇而酷炫的科研论文,不学无术的我只能默默献上膝盖。

参考内容:

[1]邓自刚,李海涛.高温超导磁悬浮车研究进展[J].中国材料进展,,36(05):329-334+351.

[2]许镇,魏炜,杨哲飚,陆新征.巴黎圣母院火灾蔓延过程初步模拟与防火改造建议[J].城市与减灾

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