1963年从中国科技大学毕业以后,我就考上了吴先生的研究生,那时是文革以前第一次公开招收研究生。作为第一批研究生,招考非常严格。在中科大的毕业晚会上,吴先生悄悄告诉我:“你被录取了。”一个星期日的下午,我在力学所的303房间见到了吴先生,他对我说了研究生的要求,总的说来就是按照MIT的标准,让我们做好面对困难的准备。
吴先生不仅是国际著名的科学家,更是爱国知识分子的典范。我们要传承和发扬吴先生爱国报国的情怀,严谨求实的科学态度。
一、怀揣深重的家国情怀
科学没有国界,科学家却有祖国。回忆和吴先生学习的时光,我深深地感到他是一位有着强烈爱国主义精神的科学家。吴先生在大学期间曾经投笔从戎,到国民党的炮兵部队参军,想到抗日前线去打日本鬼子。但是那个部队训练很久,就是不去上前线,所以后来他又回到清华念书。
1950年朝鲜战争爆发后,时任外交部苏联东欧司司长的伍修权作为特别代表率团出席了严正要求联合国大会及安理会召开有关讨论美国侵略中国、侵略朝鲜的会议。吴仲华去纽约联合国总部旁听伍修权的发言后,义愤填膺,愤然辞去美国国家航空咨询委员会(NACA)的工作,准备回国。从那以后,吴先生和夫人李敏华先生放弃了优厚的待遇和大好前程,一心准备回国。他们利用美国移民局周末休息不办公的机会,以到英国旅游为名,到日内瓦见到周恩来总理,他们根据总理的指示,从东欧经过苏联回到了祖国。
二、热爱生活,坚守爱情
吴先生在西南联大认识了李敏华先生,他们因音乐而结缘,李先生弹钢琴,吴先生练小提琴,大学毕业后他们在昆明结了婚。他们的感情非常好,用李敏华先生的话讲:“我们一辈子都没分开过,除了出差这些以外,一辈子都在一起”。即使在那暗无天日的“文化大革命”中,他们夫妇都被打成“牛鬼蛇神”、“资产阶级反动学术权威”,吴先生还坚定地说:“我这一辈子有两件事至今不后悔,一件是回国,一件是和李敏华结婚。”1983年我们去到昆明开会,他们两位去找结婚时候住的房子,居然找到了,那里已经变成了派出所。
1943年,年轻的吴仲华考取了清华的公费留美,进入MIT学习。在MIT学习期间,他和李先生的条件比较艰苦,这段期间还生养了两个孩子。他们真的很不容易,一边念书,一边生孩子带孩子,这个负担是可想而知的,特别是对李敏华先生。他们经常是一个上课一个看孩子,另一个下课就来接班,儿子总是比女儿调皮一些,所以带起来更不容易。
读书期间,他们夫妻二人的功课一直很好。热力学这门课的老师叫Keenen,是很著名的热力学教授。当时吴仲华做习题得了5分,李敏华也是5分,他有点怀疑,就以开玩笑的口吻问,是不是吴仲华家里帮了你。李先生那时女权思想比较重,顿时觉得中国女性被侮辱了,马上厉色和他讲:“没有这回事,他做他的、我做我的,不信你考试。”于是当场出题、考试,结果李敏华得了5分。1947年吴先生在机械系得到了ScD学位(在美国只有MIT等少数几所学校可以授予ScD,也就是科学博士),1948年李敏华先生得了PhD,她是 MIT航空系的第一位女博士(1980年当选中国科学院学部委员)。
李先生为吴先生付出很多,她曾经跟我说:“我后来做的成绩不够大,因为很多时间花在吴仲华身上,他这个人个性很强,不太适应这个社会,所以我总怕他犯错误,花很多时间考虑他的问题,我自己的工作只好放下了。”说到这儿,李先生眼里闪着泪花。
三、专心科研诞生“叶轮机械三元流动理论”
二战以后不久,航空事业发展非常迅速,NACA在克利夫兰成立了刘易斯实验室,他们被录用了,在那里工作。当时吴先生的老板给了他两个题目,一个叫做气波机械,另一个就是航空发动机的叶轮机械。吴先生拿着两个题目反复考虑,觉得第一个题目由于有强激波,效率不会高,所以决定做第二个了,此后诞生了“叶轮机械三元流动理论”。他选题时非常慎重,是经过多方分析、深思熟虑的,这也是很重要的一个能力,就是判断什么是有希望的,什么是有前途的。
吴仲华先生的这个理论对全世界航空发动机的发展起了巨大作用,许多著名飞机用的发动机在设计、研制中都用来这一理论;几个大的发动机公司都在这个理论的基础上,形成了自己的设计体系。1945年之前,很多人用机翼理论考虑两个叶片之间的流动,但是吴仲华认为用孤立机翼理论做这个题目,叶片之间的相互作用就没有了,所以必须和过去的理论有所不同,因此他首先发挥丰富的想象力:由两个叶片之间的无数流线组成两类不同性质的流面,整个问题就化作流面上参数的确定。他提出了流面偏导数,把空间偏导数和流面偏导数建立起关系,在这样的情况下,他把空间流动的控制方程,通过流面偏导数化到流面上,产生流面上的控制方程。
化到流面上之后,他发现方程中有两个特点:一个是出现流片的厚度,这个厚度就是两个叶片的厚度的反映;第二就是出现流面之间的作用力,这个力是叶片两个面压力不同造成的。严格的数学演绎和清晰的物理意义,使整个理论就建立起来了。其核心可以概括为一个中心,两个基本点:中心就是流面偏导数,两个基本点就是流面厚度和流片间的作用力。
这个理论不仅有想象能力、严谨的数学推导、清晰的物理概念,还要考虑其方便的工程应用。为此,在选择流面时就需要进一步考虑工程的应用性,他提出了著名的S1和S2流面。这个理论充分体现了工程科学的美,堪称这方面的一个典范。
他的三元流动理论,也是大型工程计算的先驱。当时1946世界第一台计算机面世,开发商到NACA去宣传,当时很多人都不用,吴仲华毅然抛弃了解析求解的方法,勇敢地走上了数字求解的道路。
1952年论文正式发表后,这个理论很快在美国成为主流的设计方法,直到现在依然在应用。1956年NACA出了三大本书,核心就是介绍吴仲华的理论。1983年我陪着吴先生去美国开会,参加美国燃气轮机年会,会上一位提出超临界翼型的著名学者Hobbs在做poster,当吴先生提问时,他看了一下吴胸前的名牌,惊讶的说道,Ar,You Are Famous Wu!有人误传斯贝发动机吴仲华设计的,那是不对的,但是他们来的人的确跟邓小平讲过,斯贝发动机的设计用到了吴仲华的理论。
四、重基础、重实践的人才培养理念
吴先生对学生要求很严格。我们第一门课叫工程热力学和统计物理。他给一个教学大纲,列了20多本参考书,基本都是国外的。如果有问题可以答一次疑,如果没有就考试。后来我们考试三天,每半天做一个题目。早上八点来,做一道题,十二点交卷;下午一点半来,五点半交卷。这种注重培养学生自学能力的方法,使学生们深入思考了许多方面的问题,也使研究能力有了很大的提升。平常吴先生很关心学生,他对我们说:“我写了这么多论文,没出一点错,除了印刷问题,所以你们以后也要严格要求自己。”
吴先生思考问题的方式、对待工作的严谨态度,让我受益终生。1976年唐山大地震之后,我们住地震棚里面。当时工作比较紧,我们在力学所三楼的大厅坚持工作,大家把计算机带到那儿去做计算。有的时候,他会利用一些休息时间和我们谈一些学术上的事情,他讲三元流动理论有个激波问题一直在想,流面上激波是怎么样的,一直没解决。我就在心里记下了这个问题,地震结束之后我就去图书馆查文献,自己分析、推导、研究。1978年1月份出国前,我写了一篇东西交给吴先生,当时写在四百字一页的稿纸上,用复写纸写了四份。因为这个研究,我成为副研究员。
1983年吴仲华先生(右2)徐建中(右4)蔡睿贤(右5)在麻省理工学院
吴先生对我的影响是多方面的,最重要的是业务上一定要专心和创新,不能跟在别人屁股后面。我们现在一方面要继承吴先生的思想和精神,另外一方面最重要的还是要创新,不能在吴先生的理论基础上躺着。现在我们有了创新的方法,但我们的旗帜还是吴仲华。好不容易有这么一面旗帜,我们不要再丢掉。
吴仲华院士(1917年7月27——1992年9月19日),中国著名的工程热物理学家,中国科学院院士。先后任中国科学院动力研究室主任,清华大学燃气轮机专业创始人,中国科学技术大学物理热工系(现热科学和能源工程系)首任系主任,中国科学院力学研究所副所长,工程热物理研究所首任所长、名誉所长,中国科学院主席团执行主席、名誉主席,中国航空学会理事长,中国工程热物理学会理事长,《工程热物理学报》主编等职。他所提出的叶轮机械三元流动理论在国际上被称为“吴氏通用理论”,为航空发动机的发展做出了巨大的贡献;他提出的总能系统理论,尤其是“温度对口,梯级利用”的原理在能源的高效清洁利用中产生了深远的影响。
作者简介:
徐建中院士,1963年毕业于中国科学技术大学工程热物理专业(现热科学和能源工程系),1967年中国科学院力学研究所研究生毕业。先后在中国科学院力学研究所、工程热物理研究所从事叶轮机械气动热力学、计算流体力学、燃气轮机和航空发动机、分布式能源系统、风能发电、能源清洁高效利用等领域的应用基础研究和应用开发工作。曾获国家自然科学二等奖、中科院重大科技成果一等奖及科学技术奖一等奖等多项奖励。1984年被批准为首批国家级“有突出贡献中青年科技专家”。1995年当选为中国科学院院士。曾任中科院技术科学部主任、国家自然科学奖评审委员会委员、中国工程热物理学会理事长、国际吸气式发动机学会(ISABE)执委会委员、《工程热物理学报》主编、《中国科学》、《航空学报》和《计算力学学报》等编委,国家能源风电叶片研发(实验)中心主任。