搭起理论与产业的桥梁——记重庆大学化学化工学院教授刘作华

杜月娇

当工厂里的搅拌桨忙碌地转动，当金属在冶炼间被进一步提纯，当企业的生产废渣因为使用最新工艺设备而明显减少时，重庆大学化学化工学院教授刘作华脸上露出了欣慰的笑容。对于“如何将论文写在祖国大地上”这一问题，他有了更加坚定的答案：唯有以国家实际发展需求为切入点，从理论创新出发，进而完成生产设备落地，最后达到提高企业生产效率，减少工业污染，实现绿色生产的目的，这一系列的流程全部完成，才能让论文真正写在祖国大地上。

多年来，为了实现自己的目标，致力于化工过程强化、资源环境化工等研究方向的刘作华长期带领团队奔走在理论研究、实验室研究、企业工厂生产的一线。为了保证论文不是“虚浮”在土地上，团队成员全部投入从理论研究到企业生产的每一个科研环节，直至为企业、为社会带来效益。

数十年如一日的研究生涯，刘作华都是如此忙碌过来的。当被问及如此长期奋战坚持的内在驱动力从何而来时，他用再自然不过的语气表示，就是为了满足国家、社会的发展需求。

厚积·成长的道路

刘作华科研报国的追求始于数年前的农村小路上。

将时钟的指针倒转回30年前，彼时已经结束高考的刘作华正拿着自己的大学录取通知书考虑接下来的道路。因为是村子里的第一个大学生，没有过来人能够帮他指明道路，建议他应该往哪里走。而他从小接受的教育让他心里只有一个想法：学习就是为了学以致用，将来为国家作贡献。

于是刘作华怀揣着简单而真诚的想法，离开了从小成长的农村，到重庆工商大学攻读化学工程专业学士学位。在刻苦努力下，他又考取了重庆大学，攻读化学化工学院物理化学专业的硕士学位及资源与环境科学学院采矿工程专业的博士学位。

如果说，当年收到本科录取通知书时心心念念的科技报国只是一个想法的话，那进入重庆大学后，导师陶长元教授则为他的这个想法指明了道路。

刘作华

作为化学工程与技术、天然气化工、矿产资源开发领域的资深专家，陶长元教授曾主持和参加多项国家重大科研项目，拥有数十项发明专利，并且他开发的多项科研技术在产业中都得到了应用和推广。也正是他，在将刘作华领进物理化学专业大门的同时，也告诉了刘作华作为理工领域科研学者应该遵循的原则。刘作华至今仍然非常清晰地记得陶教授当初对他说过的话：“对于我们科研工作者来说，拿5万一年和50万一年都是一样的，都能吃饱穿暖，不是说拿到50万后我们就会怎么样了。”这句话对刘作华影响重大，尤其是多年以后，他带领团队和企业打交道时，更是将这句话时时放在心头。无论遇上何种情况，他都始终谨记：科研第一，为企业降本增效的目的第一，绝不能为了人性中惯有的私欲而舍本逐末。

刘作华从事科研工作秉持的原则理念便是在那时形成的，而他与此后并肩作战的团队结下缘分也是由那时开始的。

据刘作华回忆，20年前，重庆大学整个化学化工学院一年才招十几个研究生，在加入陶教授的团队之后，刘作华一边借助自己善于琢磨的特点，学习如何与团队做好分工合作等，一边继续勤奋好学地深入钻研科研知识，于攻读博士期间在重庆大学化学化工学院任教，并在之后作为访问学者先后前往意大利博洛尼亚大学、清华大学化工系化学工程联合国家重点实验室、美国犹他大学冶金系冶金工程专业进行访学，同时在重庆大学由最开始的助教升为教授。

这样丰富的经历不仅极大地提升了刘作华在科研方面的水平，而且也锻炼了他组织团队合作的能力，积累了相关管理经验。据他回忆，在最初加入陶教授团队时，团队只有几位老师和学生。但随着团队参与的科研项目越来越多，团队成员的人数也在不断上升，在这个过程中，刘作华的组织协调和管理能力也日渐积累，从日常组织协调工作，到任何团队都必须面对的利益分配问题，再到团队中偏理论与偏工艺的成员的人才调度等，他都能游刃有余。

刘作华（右三）在企业开展交流

这期间，在陶教授的指导和自身的不懈努力下，刘作华因为日日不怠的科研和工作态度，在团队运作中起到越来越重要的作用。在这样一支拥有完善运作系统、科研实力过硬的团队，刘作华继承了陶教授当初所叮嘱他的“科研第一，为企业降本增效第一”的科研工作原则，多年来以重庆大学国家地方联合工程实验室为平台，带着团队不断攻关，尽心竭力地做出了一个又一个重要的科研成果，同时也不断为企业创造效益。

科研·为企业降本增效

在刘作华心里，“科研第一，为企业降本增效第一”这则理念指向的核心其实就是“将论文写在祖国大地上”，但具体到执行层面，这则理念其实可以被拆解为学生、学问、学术3个环节。

“学生包含‘学’和‘生’”，刘作华解释道，“从事科研的学生在走出校门之后，其所操心的就不只是解决个人吃饭的问题，而是凭借自己所学的知识和企业合作，为社会创造更大的效益。而学问指的是‘学’和‘问’，即在研究之前，要向自己、向外界询问国家的需求是什么、行业的难点是什么、企业的痛点是什么。至于学术，顾名思义，‘术’本为‘方法、谋略’之意，这里的术，指的正是科研的方法论。比如，在技术和装备的创新中，理论才是整个科研项目的根本，先有理论的创新，然后才有新技术和新装备的落地。”

将这一套理论总结下来就是：科研要从理论创新开始，紧接着应该思考国家的战略需求及企业的需求，将其与创新理论结合在一起，进而推进工艺与装备的落地。对刘作华而言，这才是实现将论文写在祖国大地上的完整流程。

长期以来，从事绿色化学与化工装备领域研究的刘作华正是遵循这一流程，以化工过程强化与反应国家地方联合工程实验室为平台，带领团队做出种种重要且切实有效的成果。典型的例子就是刚柔组合桨搅拌反应器的研发工作。据刘作华回忆，有一次，他正在街边买卤菜，正巧看见有人在电机上连接了一根绳子驱赶苍蝇。在大多数人眼中，这或许只是平常生活中一个不起眼的细节，但这却让研究理论与工程装备的刘作华陷入了深思。他提出刚柔流耦合运动可以促使混沌区和隔离区界面失稳，强化混沌行为的原理，从而发明了刚柔组合桨搅拌反应器。

值得一提的是，这一成果入选了中国石油和化工联合会环境保护和清洁生产重点支撑技术（装备），获得了中国国际发明展览会金奖。

除了刚柔组合桨搅拌反应器的研发外，刘作华及其团队关于搅拌反应理论与装备方面的研究还有很多。针对难以定量描述流场时空混沌行为的问题，他曾带领团队创新性地利用小波分析和分数阶傅里叶变换，处理压力脉动信号，获得了混沌特性参数。团队针对“柱状回流”等对称性流场结构开展研究，发现偏心射流-机械搅拌耦合运动，可以强化流体混沌混合，在此基础上发明了偏心空气射流搅拌反应器，成果在重庆武陵锰业、中信大锰等单位得到应用，并且成功帮企业减排锰渣3万吨/年。截至目前，项目成果已在重庆、四川、广西等地得到应用和推广，推动了企业更好地利用资源，发展绿色生产。

只有当研发成果与企业生产需求、社会发展要求结合在一起时，才可以真正地产生效益。事实上，刘作华的很多科研成果都被应用于与锰相关的产业中。对此，刘作华解释道，在当下的产业中，锰不仅可以作为芯片的靶材，还可以应用于动力电池的研发中，而这些都是当下国家和社会重点关注的产业。

目标·打破桎梏

不难看出，产学研结合正是刘作华及其团队实现为企业降本增效目标的工作方向，不过，一个方向，在刘作华及团队的脚下却走出了两条道路：一条是针对搅拌反应装备方面的研究，另一条则是针对电化学电解装备方面的研究。

在电化学电解装备的研究过程中，刘作华及团队继承和发展布鲁塞尔学派复杂性科学理论，逐渐形成电解过程混沌强化的研究方向，发现并揭示了电解过程阳极电化学振荡和阴极分形生长行为，建立了非线性动力学模型。同时，他们针对电化学振荡难以用参数描述和调控的问题，利用相空间重构的方法处理电化学振荡信号，获得混沌吸引子、分形维数、Lyapunov指数等混沌特征参数进行定量分析。团队针对大电流电解非线性效应显著的问题，建立了多场耦合强化电解的方法，研发出电化学强化装备，可降低电耗600kw·h，阳极泥减少80%。

除了始终坚持面向锰绿色产业的研发应用外，刘作华还希望能够与团队一起推动国内芯片产业的发展。如今，毫无疑问的是，芯片的研制已然成为国外限制中国科技产业发展的重要桎梏，无论是国家战略需求，还是社会各行各业，都希望我国能够早日突破这一限制，实现产业高质量发展。但芯片的研发牵涉太多技术，其中便包括电子级硫酸。

未来·新鲜的血液

在多年产学研工作的磨炼下，刘作华及其团队研发的装备在锰矿、钒钛磁铁矿、磷化工等领域得到应用。可以说，如今的他们早已在理论与企业合作的实践中身经百战，曾有合作的企业在与之接触时感叹道：“我发现你们是真正意义上的团队。”

这样的团队并非一朝一夕可以培养而成，其中不得不提的是刘作华给他们创造了一个以“一切科研都以走向实际”为目标的平台环境。在这个平台上，所有的科研设备、资金支出、资源分配等，都尽最大限度来服务于解决实际问题。作为这种务实平台环境下的科研工作者，刘作华的学生也一直十分明白他的良苦用心：“刘老师已经尽可能为我们创造优越的科研环境，所有需要用到的实验资源，平台都会尽最大可能满足我们，剩下的就靠我们自己努力把科研任务做好。”

同时，刘作华的团队协作理念也深深地影响着大家。他经常教诲学生的一句话就是：“每个项目涉及的领域之广，都需要大家共同协作来完成。”随着科研经验的增多，学生也发自内心地愈加认同这个理念。比如团队当下在围绕群体智能进行研究，大家从神经网络、机械结构、流体力学等方向分头出击，互相协作，进而致力于完成搭建群体智能先进化工装备的目标。“虽然探索的方向不同，但最后把所有成果汇总起来的时候，我们就有更大的可能来实现目标。”

在这样的科研环境下，学生们内心始终保持着一股负责任和务实的劲头。作为全国石油和化学化工教育教学名师，刘作华每年都组织学生参加创新创业大赛，希望学生可以在参加创新创业大赛的过程中真正理解企业是怎么思考的。学生们也不负所望，甚至有参赛学生曾连续3年获得比赛奖励。他们说：“我们不是说在实验室搞一搞就完事了的那种，我们最后一定是要应用到生产过程当中去的。”

不难看出，这是一支能打硬仗的队伍。学生们说，他们希望能够像刘作华一样，提升自己对科研的理解以及对科研领域的宏观认识，最终为企业和社会的生产发展解决更多实质性的问题。看着眼前的学生，刘作华时常回想起当年那个拿着录取通知书走出农村，一心只想将来报效国家的少年。这么多年来，他和团队一起苦研不殆，一次又一次地帮助企业实现降本增效。如今，他希望他的学生也能够脚踏实地地在产学研这条道路上长久地走下去，真正地将论文写在祖国大地上。