【大家】

    今年7月27日是吳仲華先生誕辰100周年的日子。作為一位熱愛祖國,、熱愛生活的科學(xué)家,，他的許多動(dòng)人事跡至今仍在廣泛傳播，成為鼓舞我們不斷攀登科學(xué)高峰的強(qiáng)大動(dòng)力,。

一

    青年時(shí)代的吳仲華是一個(gè)熱愛祖國的大學(xué)生,，為了抗擊日寇的侵略,，他曾經(jīng)投筆從戎，參加國民黨的炮兵部隊(duì),；后來,，抗擊日軍的愿望未能實(shí)現(xiàn)，他重新回到了母?！迦A大學(xué)。

    抗戰(zhàn)中的西南聯(lián)大條件艱苦,，但他堅(jiān)持努力學(xué)習(xí),，也就是在這里，他認(rèn)識了與他同歲的李敏華,。他們一人彈鋼琴,，一人拉小提琴，交流藝術(shù)學(xué)習(xí)心得的同時(shí)也溝通人生的感悟,，逐漸產(chǎn)生了愛慕之情,，最后結(jié)為夫妻，成為終身伴侶,。

    1943年年底,，他們雙雙考取清華的公費(fèi)留美生，來到了舉世聞名的麻省理工學(xué)院（MIT）,。攻讀博士期間,，他們有了第一個(gè)兒子，承擔(dān)大量家務(wù)瑣事的同時(shí),，他們刻苦學(xué)習(xí)得到了博士學(xué)位：吳仲華在1947年獲得科學(xué)博士（ScD）,；一年后，夫人李敏華也得到了哲學(xué)博士（PhD）,，成為MIT航空系的第一個(gè)女博士,。

    1947年從麻省理工學(xué)院（MIT）取得科學(xué)博士后，年輕的吳仲華進(jìn)入NACA（NASA的前身）的Lewis實(shí)驗(yàn)室（現(xiàn)在的Glenn研究中心）工作,。在給他的兩個(gè)課題中,，他選擇了從事葉輪機(jī)械氣體動(dòng)力學(xué)的研究。經(jīng)過短短的兩三年,，就取得了輝煌的成績：發(fā)表了著名的論文“NACA Report955”和“NACA TN2604”,，在國際科技界引起了巨大反響。就在此時(shí),，早有回國想法的他,，專程到聯(lián)合國安理會(huì)聆聽中國代表伍修權(quán)控訴美國侵略的發(fā)言后，義憤填膺,、毅然決心回國,。隨后,，他與夫人李敏華先后辭去了NACA的工作到大學(xué)教書，并巧妙地利用移民局星期日休息的機(jī)會(huì),，以旅游為名,、繞道歐洲回到北京，實(shí)現(xiàn)了投身新中國建設(shè)事業(yè)的愿望,。

二

    二次大戰(zhàn)后,，各國經(jīng)濟(jì)迅速回升，對新興的航空工業(yè)提出了旺盛需求,。為了飛得更高,、更快，必須大力提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性,。那時(shí),，航空燃?xì)廨啓C(jī)在各種動(dòng)力裝置中脫穎而出，很快在航空推進(jìn)裝置中占據(jù)統(tǒng)治地位,。

    作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心的風(fēng)扇,、壓氣機(jī)、渦輪等葉輪機(jī)械流動(dòng)的研究,，直到上世紀(jì)四十年代末期,，一直沿用通常空氣動(dòng)力學(xué)中飛機(jī)機(jī)翼時(shí)的孤立葉片模型,。這種方法,，只能計(jì)算葉片平均半徑處進(jìn)出口流動(dòng)參數(shù)的變化，不能計(jì)算葉片的扭轉(zhuǎn),、彎曲,，因?yàn)樗鼪]有考慮葉片之間的相互作用，對于葉片數(shù)量很多的葉輪機(jī)械就不適用了,。

    因此,，為了大幅度提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)和葉輪機(jī)械性能，必須針對非常復(fù)雜的葉輪機(jī)械流動(dòng)方程組,，根據(jù)內(nèi)部流動(dòng)的特點(diǎn),，創(chuàng)建新的理論模型，推導(dǎo)相應(yīng)的數(shù)學(xué)方程,，提出簡化的物理假定,，最后給出可以數(shù)值求解的基本方程和求解方法。

    吳仲華則把一個(gè)在當(dāng)時(shí)計(jì)算條件下無法求解的葉輪機(jī)械內(nèi)十分復(fù)雜的三維流動(dòng)分解為S1和S2兩族流面上的二維流動(dòng),，使其數(shù)值求解在當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)條件下成為可能,。無疑，這是對葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)研究的巨大貢獻(xiàn)：基于兩類流面這一理論模型和計(jì)算方法,，國際學(xué)術(shù)界對葉輪機(jī)械流動(dòng)進(jìn)行了深入,、系統(tǒng)的研究,，發(fā)現(xiàn)了許多新的流動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律，大大提高了葉輪機(jī)械的性能,；基于這一理論和方法,，成功地研制出了一代比一代性能優(yōu)越的航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，極大地促進(jìn)了世界航空事業(yè)和能源動(dòng)力工業(yè)的發(fā)展,。

    分析吳仲華提出的葉輪機(jī)械兩類流面理論,，不難發(fā)現(xiàn)，引入的流面偏導(dǎo)數(shù)是一座橋梁,，它把葉片空間內(nèi)三維流動(dòng)的物理量與流面上二維流動(dòng)的物理量聯(lián)系在一起,，可以把三維的運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)換為流面上的二維流動(dòng)方程；而在導(dǎo)出的流面上流動(dòng)基本方程中出現(xiàn)了流片厚度和流面之間的作用力,，它們是流動(dòng)三維性的表征，也是流面上流動(dòng)方程與通常的二維流動(dòng)方程的不同之處,，可以認(rèn)為它們是流面理論模型的兩大支柱,。還應(yīng)當(dāng)注意到，在這一理論中,，引入了一個(gè)沿流線的不變量——相對滯止轉(zhuǎn)子焓I,，它使方程更為簡潔，計(jì)算更為簡便,。這一座橋梁,、兩個(gè)支柱和一個(gè)不變量，可以認(rèn)為是兩類流面理論的精華,。這個(gè)理論的建立,，可以清楚地看出內(nèi)部流動(dòng)研究的特點(diǎn)，對于進(jìn)一步研究其他內(nèi)部流動(dòng)現(xiàn)象也是很好的借鑒,。

    還應(yīng)當(dāng)特別指出,，這個(gè)理論把豐富的想象力、清晰的物理概念,、嚴(yán)格的數(shù)學(xué)演繹和方便的工程應(yīng)用完美地結(jié)合在一起,，全方位地體現(xiàn)了工程科學(xué)之美。毫不夸張地說,，這個(gè)基于兩類流面的葉輪機(jī)械三元流動(dòng)理論是一個(gè)全面展示工程科學(xué)之美的優(yōu)秀范例,。

三

    隨著世界上第一顆人造衛(wèi)星和第一個(gè)宇航員進(jìn)入太空，人類第一次離開了地球母親,，開啟了一個(gè)新的時(shí)代,。繼飛上天空之后，人類又面臨飛離地球,、進(jìn)入太空這樣一個(gè)需求,，吳仲華和中國老一代科學(xué)家敏感地認(rèn)識到推進(jìn)裝置的極端重要性和前所未有的科技難度,，面對高溫、高壓,、高速,、高轉(zhuǎn)速和化學(xué)反應(yīng)交織在一起的復(fù)雜現(xiàn)象，為了研制出性能可靠,、經(jīng)濟(jì)適用的推進(jìn)系統(tǒng),，必須對其內(nèi)部的工作過程有深入細(xì)致的了解，必須對能量以熱的形式轉(zhuǎn)化,、輸運(yùn)和利用的規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng),、專門地研究，必須把各類熱現(xiàn)象,、熱過程涉及的分散的工程熱力學(xué),、內(nèi)部流動(dòng)氣動(dòng)熱力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)和燃燒學(xué)幾門學(xué)科緊密結(jié)合在一起來考慮,。這意味著必須把它們聯(lián)系在一起,，形成一門新的綜合性應(yīng)用學(xué)科，進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究,，工程熱物理學(xué)科于1958年在吳仲華的倡導(dǎo)下應(yīng)運(yùn)而生,。

    作為研究能量以熱的形式轉(zhuǎn)化的規(guī)律及其應(yīng)用的一門技術(shù)科學(xué)，工程熱物理學(xué)科有著堅(jiān)實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ),。對于一個(gè)推進(jìn)裝置,，首先要從系統(tǒng)上進(jìn)行研究，從工程熱力學(xué)的角度來探討其合理性和優(yōu)越性,，即用熱力學(xué)第一定律和第二定律來分析,、研究，從總體上加以把握,。在推進(jìn)裝置和能源動(dòng)力中,，往往涉及各種流動(dòng)問題，應(yīng)當(dāng)從牛頓三大力學(xué)定律出發(fā)加以研究,，特別是要求解適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的Navier-Stokes方程和相應(yīng)的邊界條件,，并在專門設(shè)計(jì)的、測試精準(zhǔn)的試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行細(xì)致的實(shí)驗(yàn),。除了流動(dòng)以外,，還常常伴隨著多種多樣的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象，此時(shí)需要用Fourier定律等來分析,。對于伴有燃燒過程發(fā)生的現(xiàn)象,，更需要用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的定律和方程來加以研究。可見,，工程熱物理學(xué)的幾個(gè)分支學(xué)科在其各自理論和定律作為基礎(chǔ)的同時(shí),，還存在著內(nèi)在的深刻的聯(lián)系，這使得工程熱物理學(xué)成為一門內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整,、邏輯性很強(qiáng)的學(xué)科,。

    作為一門工程科學(xué)，半個(gè)多世紀(jì)以來,，工程熱物理學(xué)有了長足的進(jìn)展,，其應(yīng)用范圍也大為擴(kuò)展。現(xiàn)在,，它在航空航天推進(jìn),、能源高效清潔利用、新能源開發(fā),、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用,。創(chuàng)建工程熱物理學(xué)的影響已經(jīng)充分顯現(xiàn)，而且必將為科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展做出日益顯著的貢獻(xiàn),。正如國際知名科學(xué)家田長霖先生所預(yù)言的那樣,，提出工程熱物理學(xué)科的意義“隨著時(shí)間的推移，將日益顯現(xiàn)”,。可以預(yù)期,，隨著臨近空間高超聲速飛行的實(shí)現(xiàn)和高效,、清潔能源技術(shù)以及大規(guī)模可再生能源的利用,，工程熱物理學(xué)將迎來更為輝煌的時(shí)代,。

四

    改革開放以后，我國進(jìn)入了經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)代,。作為一位戰(zhàn)略科學(xué)家,，吳仲華先生敏銳地意識到，能源是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ),，能源問題將成為我國和世界各國發(fā)展的重大制約因素,，必須認(rèn)真對待，應(yīng)及早研究應(yīng)對措施和解決辦法,，制定正確的能源開發(fā)和利用戰(zhàn)略,。

    1980年，他收到了中共中央書記處舉辦的科學(xué)技術(shù)講座第二講“關(guān)于能源問題”的邀請,。經(jīng)過廣泛調(diào)研,、深刻分析和縝密思考，他把講座題目定為“中國的能源問題及其依靠科學(xué)技術(shù)解決的途徑”,。20世紀(jì)80年代初,，我國的能源供應(yīng)尚不緊張,，能源問題也未引起各方高度重視，此時(shí)吳仲華已經(jīng)清楚地看到能源問題的重要性,，明確指出“能源是中國現(xiàn)代化的一個(gè)根本環(huán)節(jié)和戰(zhàn)略重點(diǎn)”,。

    報(bào)告中，吳仲華特別強(qiáng)調(diào)了節(jié)能和提高能源利用率的重大意義,。在總結(jié)人類利用能源經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,，他提出了“分配得當(dāng)，各得其所,，溫度對口,，梯級利用”這一高效利用能源的十六字原則。其中“溫度對口,，梯級利用”是熱力學(xué)第一定律和第二定律的綜合與總結(jié),，是普遍適用的科學(xué)原理，對節(jié)能和科學(xué)用能有重要的指導(dǎo)意義,；他還進(jìn)一步提出了“總能系統(tǒng)”的概念,，來闡明能的梯級利用這一重要原理。

    與此同時(shí),，吳仲華著重指出了科學(xué)技術(shù)對解決能源問題的重要作用,，特別提出必須努力發(fā)展高新技術(shù)，“科學(xué)研究工作必須先行”,。在報(bào)告中,，他還建議國家統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo),，制定近期和遠(yuǎn)期規(guī)劃,；指出能源工業(yè)中產(chǎn)生的大量污染，建議重視環(huán)境保護(hù)工作,；對各種能源,，要從重要性、經(jīng)濟(jì)性,、技術(shù)可行性,、環(huán)保性等方面進(jìn)行中綜合、全面的比較,，做到“分配得當(dāng),，各得其所”。

    今天,，當(dāng)霧霾和氣候?yàn)?zāi)難頻發(fā),，當(dāng)能源問題和環(huán)境問題困擾著人類的時(shí)候，對其進(jìn)行戰(zhàn)略性、前瞻性的研究十分必要,。當(dāng)前,，“能源革命”的風(fēng)暴席卷我國，這是我國能源充足,、經(jīng)濟(jì),、清潔、低碳,、長久供應(yīng)的根本保證,，是一個(gè)全局性的問題。根本的解決辦法就是深入探討“能源技術(shù)革命”的內(nèi)涵,，它對不同能源品種的具體要求是什么,？怎樣來實(shí)現(xiàn)？盡管我們現(xiàn)在還不能完全給出答案,，但有一點(diǎn)是肯定的：哪種能源的技術(shù)革命越徹底,，它在未來能源格局中發(fā)揮的作用就越大。

    歷史在前進(jìn),，時(shí)代在變化,。與上世紀(jì)相比，我國和世界都發(fā)生了巨大改變,。但無論如何變化,，科學(xué)的精神、創(chuàng)新的思維,、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和扎實(shí)的工作,，仍然需要堅(jiān)持。因此,，認(rèn)真學(xué)習(xí)、深入研究,、繼承并且進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)光大吳仲華的愛國情懷和學(xué)術(shù)思想,，顯得尤為重要。讓我們在它的光芒照耀下,，在科學(xué)的道路上不斷攀登,，為祖國的富強(qiáng)、人民的幸福,，為科技事業(yè)的繁榮努力奮斗,！

    （作者：徐建中，1940年生,，中國科學(xué)院院士,，中國工程熱物理學(xué)會(huì)理事長，國際吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)學(xué)會(huì)（ISABE）副主席，《工程熱物理學(xué)報(bào)》副主編,。師從吳仲華先生,，1967年研究生畢業(yè)后一直在其身邊工作，長期從事葉輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用研究,，提出了葉輪機(jī)械三維激波關(guān)系,，發(fā)展了三元流動(dòng)理論。）