天津大学离退休工作处

天津大学

离退休工作处The Retirement Office

学校要闻

【校庆故事】周恒院士:对校庆的另一种献礼

发布日期:[2015-11-03]

  

  

  校庆时,学校收到了广大校友和各界的捐赠。包括钱和实物,总价值相当于五亿多人民币。这对学校是一种重要的激励,也在实质上有助于改善学校的办学条件。因此,学校欢迎这类捐赠,而且多多益善。

  其实,对学校来说,还有另一种捐赠,同样是值得欢迎的。

  今年七月份,我校机械学院教授、中科院院士周恒将十五本书,通过“北洋基金会”赠送给学校。这本书的扉页上有一句话:“谨以此书恭贺母校天津大学(原北洋大学)120周年华诞”,因此这是作者对学校校庆的献礼。如果按书的价格来衡量的话,十五本书,最多值1425元,比起五亿多元,实在是区区不足道。但对于学校这样的单位,显然有另一种意义。是不能以金钱来衡量的。

  这十五本书的书名是《超声速/高超声速边界层的转捩机理及预测》由科学出版社出版。作者是周恒、苏彩虹、张永明三人。后两人原来都是周恒教授的学生,现在都是力学系的老师。

  这本专业性极强的新书,其内容涉及的是流体力学中的一个百年难题。

  1883年,英国的Reynolds通过圆管中的流动实验发现,管中流动存在层流和湍流两种流态,在雷诺数较小时为层流,而在雷诺数增加并超过一定值(即临界雷诺数)时则变为湍流。随之转捩问题就和湍流问题同时出现。

  转捩问题的核心可以归结为;(1)层流转变为湍流的过程是一种突变的过程,其机理是什么。(2)对某一类流动来说,能不能预测其转捩雷诺数。一百多年来,众多的流体力学家、物理学家、应用数学家对这一问题进行了研究,其中不乏大师级的人物,如现代流体力学之父普朗特,物理学家海森堡,应用数学家林家翘等,但迄今仍不能说已彻底解决了这一问题。

  最初,这些问题只在学术界引起了兴趣,工程技术界对它并不关注。二次大战后,航空技术的发展使得航空界对解决这一问题有了需求。经过几十年的努力,现在已经可以在大量实验和经验的基础上,用半经验的办法预测航空飞行器的转捩。近三十年来,随着高超声速飞行器发展的需求,航天界也对这一问题的解决高度关注起来。但是,与航空技术不同,由于航天技术牵涉到的是高超声速飞行技术,几乎不可能靠大量实验和经验来积累解决这一问题所需要的经验数据,而必须在理论和方法上有所创新。因此,尽管已投入了大量人力物力从事这方面的研究,2006年,美国的一个著名专家还说“人们在高超声速飞行器的转捩预测上从来都没有成功过”。最近两三年,西方国家的高超声速空气动力学综述性文献上,仍把转捩预测列为少数几个没有克服的难题之一。

  周恒教授的团队,之前对转捩问题的研究主要是学术性的,例如,研究非线性流动稳定性理论等,没有把学术研究和技术发展的需求结合起来。从本世纪初开始,他们转而和航天技术的需求结合起来从事研究。在三个方面取得了进展。

  (1)对转捩过程的机理,取得了新的认识。国外在做这一研究时注意了过程中的一些现象和细节,但不能从根本上说明为何转捩是一个快速过程。周恒的团队则发现,转捩的内在机理是流动的平均流剖面的稳定性特征发生了变化,使得转捩过程开始后会形成一个正反馈,从而使得过程具有突变性。(2)他们分析了国外转捩预测的半经验方法,发现了其主要的不合理处,提出了改进的方法。结果一方面使得转捩预测对经验数据的依赖大大降低,另一方面,一些用原有的方法甚至于连定性都无法说明的转捩实验结果,有了不但定性,而且在定量上也合理的解释。(3)国外对抛物化稳定性方程的方法,只是当成一个计算层流中的扰动演化的一个工具,而周恒的团队则发现它有更广泛的用途,在某些特定的条件下可以直接用于转捩预测。

  这三方面的成果虽然不能说已彻底解决了转捩问题,但显然可以说在这一问题的解决上,是显著地向前跨了一步。

  《超声速/高超声速边界层的转捩机理及预测》这本书,用主要的三章系统地阐述了这三方面的成果,使得这本书的百分之八十以上是作者自己的成果。这一比例,即使是在专著中也是很少见的。

  由于有了这些结果,团队正以此为基础和航天部门开展了相关合作。团队的一位教授也被任命为总装备部的‘空气动力专家组’成员。这是非国防口高校专家被任命的唯一一位。可以说是对书中成果的一种肯定。

  天津大学是国家的重点大学,正在为尽快成为国际一流大学而努力。国际一流大学的最主要标志无疑就是出一流人才、出一流成果。周恒院士等的书正是成果的一种。我们不能自吹自夸地说这就是一流成果,但无疑这是朝着这一标准努力的结果。从这一意义来说,这样的校庆“献礼”,是和捐款捐物不同的另一种献礼,其重要意义也是不言而喻的。今后这类来自于广大教师和学生的礼物也是多多益善。这样,天津大学办成世界一流的目标就指日可待了。(本站记者宋雪峰 刘晓艳)