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■趙天壽與西交大學者提出新理論框架，可望能改善不同能源技術性能，其手中的燃料電池就是一個涉及多尺度多物理場複雜系統的典型例子。香港文匯報記者馮晉研 攝
——與西安交大合研 複雜系統流動與傳熱傳質建新框架
香港文匯報訊（記者 馮晉研）能源是全球關注的焦點問題之一，而有關生產及傳遞的過程，對能源效益極為重要。香港科技大學學者趙天壽與西安交通大學合作進行基礎研究，通過將實驗觀察、理論研究、數值計算相結合，就複雜系統中流動與傳熱傳質機理研究方面提出新的理論框架，有助改善不同能源技術性能，減少污染。有關新理論可於燃料電池、化石燃料、電傳熱等不同能源範疇應用，甚至能讓環境、生物醫學等領域的科研受惠，影響廣泛。該研究於今年初獲頒發2012年度的國家自然科學獎二等獎。
科大機械工程學系講座教授及能源研究所所長趙天壽與西安交通大學合作，進行題為「多尺度多物理場耦合的複雜系統中流動與傳熱傳質機理研究」項目，通過將實驗觀察，利用微觀、介觀、宏觀理論及數值計算方法，針對由微觀至以納米（nm）大至以米（m）作單位的多尺度，與涉及流體、溫度等多物理場耦合的複雜系統，就當中流動與傳熱傳質機理，建構新的理論框架。
物理過程複雜 偏差易出事
趙天壽表示，是次項目的研究成果在於建構新的理論框架，以能改善能源技術性能，提高其使用效率，同時達到延長能源使用壽命、降低成本等效果，並有助於減少化石燃料所帶來的環境污染。而除能源外，化學、環境、生物醫學等多個科學領域同樣可受惠於有關的新理論。
是次項目開展逾10年，歷經困難重重，趙天壽表示，首要克服物理過程複雜和研究方法有限制兩大問題。傳統的多尺度傳質傳熱問題研究，大多基於多個尺度、單一物理過程，故可採用統一的物理模型對其進行描述；然而，實際上大多複雜的物理過程，具有多樣性和強耦合性，當中偏差易令研究出現困難。
涉及多尺度 難傳遞信息
另外，由於研究單位要跨越微觀（分子、納米）到宏觀（米）等多個尺度，需採用不同的物理模型和方法，去描述不同尺度的物理過程，過程之間的耦合，則要通過區域界面信息傳遞來實現。不過，目前的實驗方法難以準確刻劃分子、納米尺度的微觀流動與傳質傳熱過程，而不同物理過程對應的模型之間如何關聯，以及不同尺度之間的信息如何傳遞等問題也難以解決。
趙天壽表示，燃料電池就是一個典型例子，當中涉及多尺度（跨越微納米等多個空間尺度）多物理場（流場、溫度場、濃度場）的複雜系統，是次項目的成果「有助於深入認識和了解燃料電池這一系統中的流動與傳熱傳質規律、優化實驗條件，為研發出性能更為優越的燃料電池奠定了相關理論基礎」。
趙天壽：未來將多種能源並重
從事能源科學與工程研究多年的趙天壽認為，「能源是全球最根本的問題，估計未來會走向多種能源並重的時代」，而現時化石能源愈來愈貴，而且會造成污染問題，再生能源的出現雖然帶來希望，但轉化成用電的過程並非想像中容易，如將風能和太陽能轉化使用，便需要克服儲電的問題，「要讓再生能源真正起到高效作用，關鍵在於新技術」，所以他於一年前也開始新的「電網規模儲電」研究，正是期望透過設置大型儲電裝置，解決相關困難。
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