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第5章 吴仲华 工程热物理学专家

吴仲华(1917.07—1992.09),江苏苏州人,工程热物理学专家,中国科学院院士,中国科学院学部主席团名誉主席,叶轮机械三元流动理论的创始人与奠基者。1935年他考入清华大学机械系,1941年毕业于昆明国立西南联大机械系,并留校任教。1944年底考取清华大学公费留学,赴美国麻省理工学院研究生院攻读博士学位,1947年在美国麻省理工学院获博士学位。1947—1951年在美国航空顾问委员会路易士喷气推进中心任研究科学家,1951—1954年任布鲁克林大学机械系教授。1954年克服了重重困难回国。1955—1961任清华大学动力工程系教授、副主任,并创建了燃气轮机专业与教研组,任教研组主任。同时在1955年创建中国科学院动力研究室,任研究员、主任。1957年当选中国科学院学部委员。在中国科学技术大学建校时,创建了工程热物理专业。1960年,中国科学院动力研究室并入中国科学院力学研究所,任研究员、副所长。1978年创建工程热物理学会,任理事长。1980年创建中国科学院工程热物理研究所,任研究员、所长、名誉所长。1980年创办了中国工程热物理学报,任主编。1981—1992年当选为中国科学院主席团执行主席,1992年4月起任名誉主席。吴仲华是第三届全国政协委员,第六届、第七届全国人大代表,人大常委会委员,教科文卫委员会委员。吴仲华还曾任中国科技大学工程热物理系主任、三机部技术顾问、国家科工委工程热物理学科组组长、国家科委燃气轮机专业组副组长、中国机械工程学科组组长、中国航空学会副理事长、大庆油田能源顾问等。1992年9月19日因病在北京逝世。

1947年吴仲华在美国麻省理工学院获博士学位后,应聘到美国航空顾问委员会路易士喷气推进中心任研究科学家,从事叶轮机械流动研究,经过两年多努力,1950年他发表了第一篇论文《径向平衡条件对轴流式压气机和透平设计的应用》,之后又陆续发表了一系列重要论文,提出了“径向平衡”、“通流理论”等。1952年发表了“轴流、径流和混流式亚声速与超声速叶轮机械三元流动的普遍理论”著名论文,创造性地建立了叶轮机械三元流动理论,得到了国际学术、工程技术界的一致公认,称其为“吴氏通用理论”,其主要方程式被称为“吴氏方程”。20世纪50年代由于计算机能力的限制,工程界将早期的“径向平衡”应用于工程实践设计。随着计算机的发展,三元流动理论在国际上逐步全面地应用于先进叶轮机械的设计中。叶轮机械的性能也随之得到大幅度的提高。20世纪60年代中期,吴仲华提出了使用任意非正交曲线坐标与相应的非正交速度分量的叶轮机械三元流动基本方程组,将这理论提高到了新的高度。在这基础上,领导研究发展了一整套亚、跨、超声速计算方法与计算机程序,已在国内广泛推广应用,并得到了试验验证。至今,这理论仍是国际先进叶轮机械设计分析的理论基础。在国内外航空发动机和其他叶轮机械的研制中不断发挥着重要作用。

吴仲华一贯重视人才培养,亲自制定教学计划,上课,书写讲义;他强调基础理论教育,要求学生除了加强数学、力学学习外,特别强调要学好工程热力学、流体力学、传热传质学、燃烧学等专业基础课;他要求青年教师、科研人员和学生一起听课、上习题课、交作业;他重视实验室建设,亲自兼任实验室主任,建立了包括叶栅风洞、小型燃气轮机等试验装置;他举办训练班,派送退伍军人、工人到航空发动机工厂培训,培养了一批试验技术人员,从而组建了全面合理配套的科研队伍。清华大学燃气轮机专业第一届毕业生的毕业设计课题是真刀真枪的海军舰用燃气轮机,其成果成为以后研制成功的机组前身。1957年,他从动力研究室选派了一批科研人员赴苏联、捷克留学,这些人员其后成长为我国工程热物理学科的科研骨干,国家科技建设的栋梁,包括我国宇航科研的领头人。

1957年,吴仲华当选为中国科学院学部委员(后改为院士),他积极参加全国科学发展规划制定。他倡议建立动力工程的基础学科——工程热物理学科,得到众多同行的赞同。同年,新中国第一次颁发国家自然科学奖,他以“燃气轮机的研究”荣获二等奖。1958年,中国科技大学成立,他兼任物理热工系(设3个专业)主任,并创建了工程热物理专业。1960年,动力研究室与科学院力学研究所合并,吴仲华任力学所副所长。20世纪60年代初,国民经济刚刚恢复,结合当时歼8发动机投入生产、装备部队,吴仲华领导几个研究室与三机部有关研究所建立了全面合作关系,开展歼8发动机摸底、改型研究。

“文化大革命”中,吴仲华处境极为困难,但他仍对党充满信心,对真理坚信不疑,对事业执著追求。

1971年他恢复工作后身体力行,积极在全国推广叶轮机械三元流动理论。他不顾当时被诬为“与工农兵上讲台唱对台戏”的危险,在中国科技大学举行了全国性的三元流动理论讲习班,亲自讲课,有国内近百位高级专家、教授参加。他将刚发展的应用任意非正交曲线坐标系统的叶轮机械三元流动理论计算程序包,全部无私地提供给国内研究所、工厂、高校等,但在与国外合作时,则坚决保密。

吴仲华对我国航空动力与航机陆用倾注了大量心血。他长期去沈阳黎明公司和西安航空发动机厂工作,进行发动机改型设计、试验。他讲解三元流动理论、改型设计方法,为工厂、研究所培养了一批人才。他亲自带领了一个调研小组,从东北、西北到西南、中南调研了航空发动机工厂、研究所等,得出结论:我国需要发展航空发动机,有关部门需要科研合作。确定在中国科学院力学所内组织力量,航空发动机科研经过“文化大革命”得以重新上马。20世纪70年代初,我国引进了英国的斯贝航空发动机,为了发展我国的航机工业和避免引进的浪费,吴仲华提出了可行方案,并在改造此发动机于地面应用中发挥了三元流动理论的威力,取得了与设计计算一致的实测结果,开拓了我国自行研制燃气蒸汽联合循环发电供热的先河。

吴仲华在提高我国能源利用水平、发展联合循环等总能系统的基础理论研究与实践方面都有重大贡献。直到逝世前仍在医院里为发展我国的一体化煤气化联合循环进行研究,提出关键性建议。1980年,他应邀在为中央书记处的讲课中,提出总能系统、合理梯级利用能源、发展燃气蒸汽联合循环等,事后证明这些意见都是正确的,对能源合理利用具有指导性意义。

1978年,在吴仲华等专家建议下,国家科委成立了工程热物理学科组,吴仲华任组长,领导制定全国工程热物理学科发展规划;成立燃气轮机专业组,吴仲华任副组长。同年,他创建了中国工程热物理学会,任第一任理事长。后又创办了工程热物理学报,任主编,极力在美国出版中国工程热物理学报。从此工程热物理学科有了全国性的学术交流场所和平台。

作为课题负责人,他先后争取到联合国发展总署(UNDP)两次资助,每次数十万美元。他派出大量高中级科研人员出国考察,鼓励科研人员参加国际学术会议。1978年起,吴仲华培养了大批研究生成为新生科研力量。在他的领导下,经过全所同仁们努力,刚成立不久的工程热物理所很快成为国内外学术界公认的工程热物理研究中心。

1976年,吴仲华应邀参加了在德国慕尼黑召开的第三届国际吸气发动机学会会议,在会上发表了应用任意非正交曲线坐标的叶轮机械三元流动理论。大会主席在会议总结报告中评论道:这篇论文是会议的精彩之点,也只有叶轮机械三元流动理论的创立者才能贡献这么精彩优秀的报告。

1979年,吴仲华率领一个由中国科学院、三机部等人员组成的9人代表团访问美国,参加美国机械工程师学会燃气轮机大会,会议主席在几千人的欢迎大会上,专门提到了欢迎吴仲华教授参加大会;国际吸气发动机大会上我国代表发表了论文,国外代表认为吴仲华主持的叶轮机械设计方法是国际先进的设计方法。

1985年,吴仲华主持召开了第七届国际吸气发动机会议,与会专家400余人,其中国外专家200名左右,这是一次很成功的国际学术盛会,进一步提高了我国国际学术威望。

吴仲华是我国工程热物理学、航空发动机学术界杰出的国际代表。由于他杰出的贡献,1957年、1982年两次荣获国家自然科学奖二等奖,1975年获中国科学院重大成果奖,1987年获中国机械工程学会金奖。

1987年底,吴仲华患了肝癌,他仍念念不忘科研工作,病房成了他的办公室,在病房内不断地给各方写报告倡议在国内开展燃气蒸汽联合循环等总能系统的研究。1990年他还应邀赴美国讲学4个月,系统地讲解了叶轮机械三元流动理论,由美国国家航空航天局(NASA)录像,出版专著,并作为他们的培训教材;他还访问了国际著名的航空发动机研究所:比利时的冯·卡门研究所(VKI)。

吴仲华1957年当选中国科学院院士。1992年9月吴仲华因病在北京逝世。

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