纪念文章
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今年是工程热物理所建所70周年,70年可以回忆的事情很多。作为研究所发展的见证者之一,与大家分享自己的点滴回忆。
催人奋进的大学时代
我于1958年高考结束后面临升学,在当时向科学进军的号召和宣传影响下,我立志要做一名科学家。填写志愿的时候,我正在犹豫选择哪所学校时,父亲拿回来一份《人民日报》,上面刊载了中国科学技术大学的招生简章。看到简章介绍后,我毫不犹豫地填报了中科大,也就是从那时候起与中国科学院有了交集。
1958年9月16日,我来到北京西郊玉泉山麓的校园报到,来自祖国四面八方的各族同学欢聚一堂,开始了向科学进军的漫漫征程。这以后的一天,郭沫若校长陪同为校歌谱曲的作曲家吕骥来校,在大礼堂教唱校歌,“迎接着永恒的东风,把红旗高举起来,插上科学的高峰”的歌声在校园中久久回荡。就是在这次见面中,郭沫若校长提出了“科学家学点文学,文学家学点科学”,给我留下深刻的印象。9月20日,开学典礼上聂荣臻发表重要讲话,殷切鼓励学子们努力攀登科学高峰。
如果说上课前的这些活动是对青年学子的思想教育,坚定了我们克服困难、勇攀高峰的决心,那么紧接着开始的基础课就把我们带入了丰富多彩的科学王国。大师们的风采,令学子们倾倒;泰斗们的思维方法,更使学子们领略了科学的精华。华罗庚、吴文俊、关肇直在教授高等数学,从极限的概念开始,到复变函数、偏微分方程,言简意赅,深入浅出,那严格的推理、精确的演绎,带领我们在奇妙无穷的数学王国里漫游、遐想;吴有训、严济慈在没有暖气的大教室讲解普通物理,风趣生动,内容丰富,启发我们不停地深入思考,把我们从一个山峰带向另一个更高的山峰,仿佛那一个个电子在头脑中不断地旋转,一个个原子、分子在不停地碰撞。这些让人尊敬的科学家、教育家用他们辛勤的汗水浇灌着科学园地中的棵棵新苗,用他们智慧的心血培育了科学新人的成长。
从三年级开始,进入专业基础课和专业课;四年级到中国科学院对应的研究所里学习。这时,研究所里的科学家纷纷来授课。拿我所在的力学系来讲,当时力学研究所的正副所长钱学森、郭永怀、吴仲华都从专业基础课开始了他们的教学;而我学习的工程热物理专业,吴文、吴承康、林鸿荪、葛绍岩等从国外归来的学者,也走上了讲台。那时,他们都只有三、四十岁,正值科研工作的黄金时代,是他们和老一辈的科学家一道,把国际上最新的进展告诉我们,也介绍了自己从事科研工作的方法和体会。
这些老师,绝大多数是在有课的时候,一大早从中关村坐四、五十分钟班车到玉泉路上课,中午再乘班车回中关村,条件是十分艰苦的。可是,他们仍然在教学上花费了大量的精力,把自己科研工作中的最新成果总结出来。他们讲授的不是书本上的“死”知识,而是实际科研工作中提炼出来最有用的“活”知识。这些对我们这些开始步入科学殿堂的青年来讲,犹如点燃了手中的火把,照亮着前进的方向。


少年时期
深入思考的研究生生活
大学毕业前一年左右,国家决定实行公开招生的研究生制度,科学院的研究生是四年制。我报考了我国知名科学家、学部委员吴仲华教授的研究生。
录取后,吴先生约我和另一位同学星期日下午到他的办公室去谈话。他明确地提出按照MIT(麻省理工学院,吴先生1947年获科学博士学位ScD的母校)的标准来要求,为我们制定了详细的学习计划,并要求我们用三年半的时间完成全部学业。
接着,开始了第一门课程——工程热力学与统计物理的学习。吴先生给了我们一份学习大纲,指定了20余本参考书(主要是英文的,包括他当年在MIT念的教科书),要在8个月的时间内自学完。在此期间,可以安排一定的时间来答疑;自己认为准备好了,就可以要求考试。在以后学习流体力学的时候,也是采取同样的方法,通过自学,达到学习大纲的要求,最后在考场上见。
这种方式对我的帮助很大。与大学里以老师授课为主不同,完全自学的方法使我深入地思考了许多过去可能不太注意的问题,同时还要把看过的资料进一步深化和系统化。多做习题,成为一个重要的学习方法,因为这样可以真正弄清楚基本概念,明确基本方程的应用条件,同时也培养应用基本知识解决实际问题的能力。当然,做题后,要特别注意总结,特别是基本概念方面的和规律性的,努力做到举一反三。认真总结,既要随时小结,也要重视阶段小结和最后的总结,这不仅使知识系统化,而且,促使我们思考老师们研究问题的方法,各种参考书是如何采用不同的途径解决这个问题的,如果我来考虑又怎么一步一步进行。这对于今后从事科研工作,意义非同小可。同时,将学习的知识系统化,并进一步加以浓缩、凝练,这实际上是一个再深入学习、研究的过程,也是下一步改进、创新的开始。
当然,自学比听老师讲课要艰苦得多。但自学有特殊的乐趣,当你花了时间和精力,终于弄清了一个问题,茅塞顿开、恍然大悟的时候,那其中的喜悦是难以用文字表达的。因为,听老师讲课,50分钟会有一定的收获;但这50分钟用来自学,也会有收获,常常是不同的收获,随着水平的提高,收获会越来越大;而且,我觉得,这种收获更大、更扎实、更有意义。最重要的是逐渐养成思考的习惯,培养正确地提出问题、分析问题、解决问题的能力。掌握科学研究的基本方法,这样才能够不仅勇于创新,同时也善于创新,做出高水平的工作来。
以后,在学习吴仲华先生创立的叶轮机械三元流动理论时,不仅对这一理论和其基本方程要有较深的认识,还应分析、思考这一理论是如何构思、形成的,其中的关键是哪些,这样才能真正掌握三元流动理论。通过对三元流动图景的描绘和主要特点的分析,就不难从流线的概念扩展到流面,并进而得出两类流面的概念;为了建立这两类流面之间的联系,必须引入流面偏导数这座桥梁;通过它,基本方程得到很大的简化,出现了特有的流片厚度与流面力,它们是流面理论的两大支柱;为了求解流面上的基本方程,必须提出处理气体粘性的简化模型;而在选择两类流面时,可以根据工程上的需要来确定。这样,一个复杂的三元粘性流动就完整地分解为两类流面上的二元流动,使计算工作大为简化。由于将理论上的严格、计算上的简便与工程上的实用紧密结合,两类流面理论在设计中得到了广泛的应用。下了这样一番功夫后,对于怎样思考问题、分析问题和解决问题,就有了比较深的体会,对工程科学中的“美”就有所认识,这对以后从事科研工作有很大的帮助。
从老师的身上,不只学到了进行科研的方法,还受到了如何认真负责工作的教育。吴先生曾对我讲过,“在我发表的论文中,公式都是反复推导、验证的,到现在为止,除印刷错误外,还没有发现任何错误。你以后也要做到这一点,不要有任何错误。”我一直牢牢地记着这番话,对一个想法,从不同的方面,反复思考;对一个公式或方程,用不同的方法来推演,直到得到相同的结果。这样做,表面上看,似乎有些多余,但它却不但可以保证结果的正确,而且,从另外的角度看问题,有时还能得出新的结论,发现新的研究方向。
在经过一段时间的学习后,有一次吴先生跟我谈起论文的选题问题。在MIT获得ScD学位后,1947年后,他进入了美国航空咨询委员会(NACA)的刘易斯实验室(Lewis Laboratory,现今NASA的Glenn Research Center)工作。当时,有两个题目供他挑选:叶轮机械和气波增压器。他从基本原理上进行了分析,觉得前者有很大的发展潜力,应用范围很广,能够比较快地做出成果来;而后者在性能的提高方面受到很多限制,在实践中尚未应用,以后是否能得到应用还很难说。后来的发展,完全证实了吴先生的分析。这种对发展方向和前景的把握,对今天从事创新研究,是特别重要的;对已经成为导师或学科带头人的科技工作者来讲,更是有教益的。

1983年访问美国

1983年在麻省理工学院陪同吴仲华

1985年第七届ISABE会议时与研究所参会代表合影
在研究所的峥嵘岁月
我1967年毕业后就留在所里工作,后面几十年没有离开过咱们这个园区。在刚工作的时候,我还是继续开展叶轮机械的相关研究工作,建立了叶轮机械三元激波理论,提出了广义回转面的概念,改进了两类流面上的计算方法,发展了叶轮机械三元流动理论。
到了上个世纪90年代,我们在国内率先开展了对转涡轮的研究,取得了一定的成果。在叶轮机械内部,大家提到激波都是“谈波色变”的,但是我们另辟蹊径,只要激波控制得好,将激波边界层相互作用的损失减少,这样就可以利用激波提升压气机的增压比。后来,我们逐步开始了发动机整机的研发,更高推重比、更宽速域,在团队的齐心协力攻关下,我们的发动机已经取得了阶段性的成果。我国的航空发动机与国外有较大的差距。但只要我们发挥全国优势力量,进行创新性的基础研究和关键技术研发,特别是发展颠覆性的创新技术,这种差距就有望迅速缩小。
在21世纪初期,随着能源系统革新,各类可再生能源的研究进入大家的视野。从高速到低速、从内流到外流,部分团队成员开始了风能利用的研究工作,我们取得了多项开创性的工作:首套国产兆瓦级叶片下线、国家能源局批准的国家能源风电叶片研发(实验)中心、海上风电、风能热利用等,这些工作目前还在持续开展中,风电产业的发展与技术的不断进步紧密相关;可以说,正是风电技术的进步使得风电产业发展到今天的规模,而其进一步发展也要依靠技术上的创新。
我还陆陆续续做了一些工作,比如:分布式能源系统、工程热物理学会、中国科学院大学航空宇航学院(现星际航行学院)、吴仲华奖励基金、吴仲华班等,这些工作都是为了推动工程热物理学科的发展。
工程热物理所经过70年的发展,从一个动力室成长为能源和动力领域的佼佼者,在很多方面取得了喜人的成果,这些都离不开一代代工程热人的奋斗与坚韧,工程热人的精神是我们更为宝贵的财富。

2018年10月25日为航空宇航学院(现星际航行学院)成立揭牌

2025年3月27日徐建中院士八十五华诞暨学术思想座谈会
结语
最后想对年轻人说点期望:科研工作最重要的是打好基础,注意在实际工作中发展理论,增强采纳能力,在新的领域不断前进。
祝研究所下一个70年发展更好。