MIT博士生攻关淬火工艺，为核反应堆降温，打造下一代航天器

淬火（Quenching）是一种强大的传热机制，能在极短时间内将热量迅速带走。在极端环境中，无论是核电站反应堆，还是航天器推进系统，这种过程的效率与速度都关乎安全与成败。

正因如此，麻省理工学院（MIT）核科学与工程系五年级博士生马尔科·格拉菲耶迪（Marco Graffiedi）正在研究这一现象，以助力新一代航天器与核电设施的研发。

格拉菲耶迪出生于意大利中部的一个小镇，父母自小鼓励他独立思考与动手实践。在他 14 岁时，家里修缮山间的一座小木屋，父母给了他一项任务：要让牲畜随时能喝上水，但不能让蓄水箱溢出。他独立设计并建造了一套被动液压供水系统，不仅运行稳定，而且至今仍在使用——这是他“工程师之路”的起点。

高中时期，他在以数学家格雷戈里奥·里奇-库尔巴斯特罗（Gregorio Ricci-Curbastro）命名的卢戈中学就读，这位数学家正是相对论数学框架的奠基人。受此启发，他热衷于用实验重现经典物理现象，并代表学校参加了在曼谷举行的国际物理奥林匹克竞赛（IPhO），从此对科学的热爱一发不可收拾。

尽管对基础科学情有独钟，格拉菲耶迪渐渐意识到自己更想把科学转化为工程：用公式与实验，构筑现实的系统。

于是，他进入比萨大学与圣安娜高等研究院攻读机械工程学士与硕士。“在意大利，本科只要三年，所以几乎所有人都会继续读硕士。”在研究生阶段，他的研究逐渐转向能源与环境工程。

他曾尝试通过改进聚光太阳能发电系统（CSP）的热循环来降低发电成本，虽未完全成功，却坚定了他发展可再生能源的信念。

随后，他与 GE 油气公司（GE Oil and Gas）合作，研究离心压缩机的断裂力学以提升设备可靠性，并在美国费米实验室实习，从事超导涂层的热特性表征研究。

毕业后，他加入 GE 油气的“爱迪生项目”，在多个岗位轮换，从机械设计、热工程到燃气轮机与燃烧测试。作为测试工程师，他带领团队搭建测试台、设计传感系统、采集数据、评估性能，从一片涡轮叶片的传感器布置，到测试台的安全出口位置，都要考虑得面面俱到。

然而，几年后他开始思考：自己想要的不只是测试结果，而是更深层的科学原理。在探索中，他重新发现了核能这一领域。“它是能源的未来，”他说。

于是，他申请进入 MIT 核科学与工程系，加入 Matteo Bucci 教授团队，研究沸腾与淬火传热。这项研究由NASA资助，核心目标是：防止低温燃料的沸腾损失。在太空中，燃料一旦沸腾，就会产生蒸汽，不仅造成浪费，还可能因压力升高而必须排放。

格拉菲耶迪的研究聚焦于淬火过程，这不仅关系到航天器在轨加注燃料，也对核反应堆冷却系统至关重要。

当液态低温燃料接触高温表面时，会出现莱顿弗罗斯特效应（Leidenfrost effect）：液体首先形成一层气膜，反而阻碍冷却。为了加快降温，必须打破这层绝热膜。

格拉菲耶迪正通过微观实验与理论建模，揭示气膜坍塌与热流变化的机制，以帮助未来的核能与航天系统更安全、更高效地运行。

除了核能与航天，沸腾传热也能用于数据中心冷却。随着全球数据中心和电动交通系统用电量激增，如何高效排热成为新挑战。

一种新思路是采用介电液体进行浸没式冷却。这种不导电液体可直接包裹电子元件，通过沸腾带走热量。但要让冷却高效运行，必须突破气膜的限制，并提高液体的临界热流密度（CHF）。

由于介电液体的 CHF 通常低于水，格拉菲耶迪正在研究如何利用高电场增强沸腾换热，甚至在微重力环境下为电子设备冷却。相关成果已发表于 Applied Thermal Engineering 期刊。

除了科研，格拉菲耶迪也是一位热情的教师。他先后担任 MIT 核科学与工程系四门课程的助教，多次获评优秀教学奖，并获得 Manson Benedict 奖及服务奖。

在课余，他活跃于波士顿的意大利人社区，是 MIT 意大利学生社团“MITaly”的成员。他热爱拉丁舞，每周都会抽出时间去舞会放松。更有趣的是，他仍保持着童年学到的家传技艺：做出完美的披萨与意面，那是他 11 岁时从父母那学来的手艺。

https://news.mit.edu/2025/using-classic-physical-phenomena-solve-new-problems-marco-graffiedi-1031