吳仲華（1917—1992），工程熱物理學(xué)家，中國科學(xué)院院士。專注于燃?xì)廨啓C(jī)研究發(fā)展，創(chuàng)立葉輪機(jī)械三元流動理論，即“吳氏通用理論”，創(chuàng)立工程熱物理學(xué)科，創(chuàng)立國內(nèi)首個燃?xì)廨啓C(jī)專業(yè)，提出總能系統(tǒng)理論，尤其是“溫度對口、梯級利用”的原理在國家能源戰(zhàn)略的研究與規(guī)劃中發(fā)揮了重要作用。1956年獲國家自然科學(xué)獎二等獎。
在創(chuàng)立葉輪機(jī)械三元流動理論時，吳仲華摒棄了當(dāng)時普遍沿用的飛機(jī)獨(dú)立葉片模型，并憑借豐富的想象力，將邏輯縝密的工程熱物理學(xué)知識同嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方法巧妙結(jié)合起來，使工程科學(xué)之美在科研過程中體現(xiàn)得淋漓盡致。在建設(shè)祖國的道路上，吳仲華從來沒有停下過探索與創(chuàng)新的腳步。在他的理論與思想的指導(dǎo)下，一代又一代性能先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)運(yùn)而生，同時也對航空業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。
第二次世界大戰(zhàn)后，世界范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)開始崛起，航空業(yè)逐漸興起，各國都開始意識到航空業(yè)的發(fā)展對本國綜合實(shí)力提升的重要性，航空業(yè)的需求與日俱增，改善和提高發(fā)動機(jī)的性能逐漸成為發(fā)展航空業(yè)首要解決的問題。雖然各國紛紛投入重金、聘請專業(yè)人士積極展開此項(xiàng)技術(shù)的研究與突破，但都沒有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。就在各研究所、實(shí)驗(yàn)室都一籌莫展時，誰也不曾想到，一位來自東方的中國人以其獨(dú)特的分析視角改變了此種困境，這個人就是我國著名的工程熱物理學(xué)家、中國科學(xué)院院士——吳仲華先生。
為了改善和提高航空發(fā)動機(jī)的性能，當(dāng)時擺在吳仲華面前的首要任務(wù)便是航空發(fā)動機(jī)的內(nèi)部核心零件研究，即葉輪機(jī)械內(nèi)部流動研究。在這之前，國際上對于航空發(fā)動機(jī)核心部件的內(nèi)部流動研究，如風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪等，始終采用的是飛機(jī)機(jī)翼的獨(dú)立葉片模型，但該算法并未考慮葉片之間的相互作用，只能粗略計算葉片進(jìn)出口參數(shù)變化，擁有多個葉片的葉輪機(jī)械便不適用此種方法。所以，想要提高和改善航空發(fā)動機(jī)的性能，就要對復(fù)雜的葉輪機(jī)械方程組構(gòu)建新的模型，考慮葉片間的相互作用，舍棄原有的獨(dú)立葉片模型，以此獲得相應(yīng)的方程和求解算法，這是吳仲華在葉輪機(jī)械研究中勇敢邁出的創(chuàng)新第一步，也直接從根本上影響了隨后幾十年航空發(fā)動機(jī)和葉輪機(jī)械的發(fā)展路徑。
由于新的葉輪機(jī)械流動方程組求解難度很大，未知量較多，無法根據(jù)有限的已知量利用解析求解法進(jìn)行推算，接下來應(yīng)該怎么辦呢？吳仲華放棄了被業(yè)內(nèi)推崇的解析求解方法，而是選擇使用將數(shù)值直接帶入計算過程中的數(shù)值求解方法進(jìn)行求解，并利用計算機(jī)的幫助來完成該計算過程?？紤]到多個非定常因素的影響，就算利用計算機(jī)的幫助，數(shù)值求解的實(shí)現(xiàn)過程也存在一定困難。在能夠保持一定求解精度的前提下，充分理解葉輪機(jī)械流動特點(diǎn)并構(gòu)建簡化的模型，成為擺在吳仲華面前又一亟須解決的問題。為此，他選擇兼顧流動的三維性和黏性、假設(shè)定常流動來簡化模型，并進(jìn)一步把復(fù)雜的三維流場簡化為無數(shù)條流線和對應(yīng)流面，即把三維方程轉(zhuǎn)化為二維方程來實(shí)現(xiàn)有效降維，極大簡化了原有的復(fù)雜求解過程。該思路推陳出新，打破了原有特定的求解思路。最終的簡化方程使得整個求解過程可以運(yùn)用當(dāng)時的計算機(jī)能力來實(shí)現(xiàn)，葉輪機(jī)械三維流動理論也于1952年被正式提出。
出于對航空發(fā)動機(jī)性能發(fā)展的考慮，吳仲華在1963年提出了基于任意非正交曲線坐標(biāo)非正交速度分量的葉輪機(jī)械熱力學(xué)方程，有效解決了因葉片日漸復(fù)雜而阻礙性能提高的問題；1965年，他又提出了更符合實(shí)際情況的黏性氣體葉輪機(jī)械三元流動方程。至此，葉輪機(jī)械三元流動理論已相對完善和成熟，運(yùn)用范圍更廣，適用性更強(qiáng)，在使用過程中能夠避免因葉輪機(jī)械內(nèi)部差異化而不適用的情況。
吳仲華在創(chuàng)建葉輪機(jī)械三元流動理論的過程中，勇于創(chuàng)新，巧妙地把物理學(xué)知識同數(shù)學(xué)方法完美地結(jié)合，逐漸改善和提高了葉輪機(jī)械在使用過程中的性能。該理論的出現(xiàn)，成功促使了一代又一代性能先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的產(chǎn)生，對于航空業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。時至今日，葉輪機(jī)械三元流動理論仍被廣泛應(yīng)用于各國航空發(fā)動機(jī)行業(yè)。
基于葉輪機(jī)械三元流動理論和我國能源事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，吳仲華也 格外重視燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用和發(fā)展。對燃?xì)廨啓C(jī)的重視，不單是因?yàn)樗麆?chuàng)建的葉輪機(jī)械理論是燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用和發(fā)展的基礎(chǔ)，更是因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)能夠在國防發(fā)展和能源戰(zhàn)略中發(fā)揮不可替代的作用。吳仲華創(chuàng)立葉輪機(jī)械理論的初衷就是希望能夠?yàn)閲叶嘧鲐暙I(xiàn)，他認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)是國家科技水平的綜合體現(xiàn)，同國家的社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)，更是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國強(qiáng)軍的核心技術(shù)。
我國燃?xì)廨啓C(jī)事業(yè)的發(fā)展最早應(yīng)源于吳仲華所創(chuàng)辦的燃?xì)廨啓C(jī)專業(yè)。沖破重重阻撓、毅然回國的吳仲華，考慮到當(dāng)時中國的綜合國力，認(rèn)為現(xiàn)階段發(fā)展我國的航空業(yè)尤為重要。因此，吳仲華于1956 年在清華大學(xué)成立國內(nèi)首個燃?xì)廨啓C(jī)專業(yè)。實(shí)踐證明，吳仲華當(dāng)初成立該專業(yè)的選擇是正確的，其教研室為國家輸送了一批又一批燃?xì)廨啓C(jī)的專業(yè)技術(shù)人員，奠定了我國燃?xì)廨啓C(jī)專業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，為我國燃?xì)廨啓C(jī)事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。
隨著燃?xì)廨啓C(jī)等熱機(jī)的發(fā)展與相關(guān)研究的深入，20世紀(jì)60年代初，吳仲華提出創(chuàng)立工程熱物理學(xué)科的倡議，并得到廣泛贊同。在他的推動下，中國科學(xué)院于1980年成立工程熱物理研究所（前身為1956 年清華大學(xué)與中國科學(xué)院合辦的動力研究室），研究方向定為以航空、艦艇和工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)的熱物理基本研究為主。他領(lǐng)導(dǎo)的研究所培養(yǎng)出大批一流的科研人才，形成了國際一流科研團(tuán)隊(duì)，成為國內(nèi)外高知名度的研究單位。
1978年，吳仲華還創(chuàng)建了中國工程熱物理學(xué)會，任首任理事長。在他和前輩們的領(lǐng)導(dǎo)下，學(xué)會發(fā)展迅速、越辦越好，業(yè)已成為國際知 名學(xué)術(shù)組織。1980年，吳仲華創(chuàng)辦了《工程熱物理學(xué)報》（任首任主編），成為公認(rèn)的動力工程和工程熱物理學(xué)科權(quán)威期刊。
吳仲華為了我國燃?xì)廨啓C(jī)事業(yè)能夠順利發(fā)展，始終默默地堅(jiān)持在科研一線，領(lǐng)導(dǎo)并參與了多個航空發(fā)動機(jī)科研項(xiàng)目。1963年，為了全面開展“殲八”發(fā)動機(jī)的改型研究，他領(lǐng)導(dǎo)并聯(lián)合多個航空部門研究室和有關(guān)研究所進(jìn)行該項(xiàng)目的研究。為了更好地達(dá)到設(shè)計要求和使用效果，他到一線航空發(fā)動機(jī)研究所了解情況，并實(shí)地指導(dǎo)航空發(fā)動機(jī)所的具體設(shè)計方案和試驗(yàn)試制，此外，他還把自己基于葉輪機(jī)械三元流動理論所編制的計算機(jī)程序無償捐獻(xiàn)給基層工作人員，以便研究所更好地培養(yǎng)人才。1982年，他領(lǐng)導(dǎo)艦用斯貝燃?xì)廨啓C(jī)的改型，并順利完成“切頂”和“切頂加零級”的改型研制；1985年，他提出13 000馬力斯貝航空發(fā)動機(jī)改型的研究，并在試驗(yàn)中達(dá)到設(shè)計要求，因此獲得了中國科學(xué)院科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎，更是專家們所公認(rèn)的斯貝發(fā)動機(jī)艦用的又一突破性技術(shù)。經(jīng)他指導(dǎo)，隨后又設(shè)計出了性能穩(wěn)定的15 000 馬力艦用燃?xì)廨啓C(jī)，并且試驗(yàn)性能結(jié)果大大超出預(yù)期。如果說創(chuàng)立葉輪機(jī)械三元流動理論是吳仲華的初心，那么發(fā)展祖國的燃?xì)廨啓C(jī)事業(yè)便是他的一生所向。這位祖國燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的領(lǐng)路人在用他的畢生所學(xué)向科研致敬，他在航空、能源、燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域的創(chuàng)新成就亦是工程熱物理學(xué)界一束永不消逝的星光。
隨著改革開放的到來，全國各地都在如火如荼地搞經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。那時的人們還不足以認(rèn)識到能源規(guī)劃對于一個國家發(fā)展的重要性，能源在使用過程中所產(chǎn)生的問題也還沒有如今天這般徹底地顯現(xiàn)。吳仲華傾注了許多精力，認(rèn)真研讀了國內(nèi)外文獻(xiàn)，并與同事多次展開激烈討論，結(jié)合我國實(shí)際的發(fā)展現(xiàn)狀，在進(jìn)行謹(jǐn)慎細(xì)致的思考和分析后，基于總能思想提出了我國的能源使用規(guī)劃，并于1980年在中央舉辦的科學(xué)技術(shù)講座中做了匯報。他認(rèn)為，能源的使用首先要根據(jù)能源的不同類型、自身特點(diǎn)進(jìn)行合理的分配，做到因地制宜、發(fā)揮所長；其次應(yīng)將煤炭資源提升到戰(zhàn)略使用地位，興建水電站、核電站，著重發(fā)展新能源。此外，能源的使用與發(fā)展同環(huán)境密切相關(guān)，極易造成環(huán)境的污染和破壞，應(yīng)重視環(huán)境的保護(hù)。
為發(fā)展聯(lián)合循環(huán)、水電并供等總能系統(tǒng)，1982年，吳仲華倡導(dǎo)在總 能系統(tǒng)中融入燃?xì)廨啓C(jī)的使用，從此發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)上升到系統(tǒng)使用地位。吳仲華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用現(xiàn)有條件和斯貝航空發(fā)動機(jī)技術(shù)，進(jìn)行國內(nèi)首臺燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的研發(fā)與試制。在吳仲華和科研組同志10多年的努力攻關(guān)下，項(xiàng)目取得了很多突破性的階段成果，包括能夠航機(jī)陸用的地面燃?xì)獍l(fā)生器、聯(lián)合循環(huán)供電系統(tǒng)等。
基于總能系統(tǒng)，吳仲華還希望可以研制出聯(lián)合循環(huán)的潔煤燃煤技術(shù)，為我國能源的節(jié)能使用做出技術(shù)貢獻(xiàn)。1990年，他到世界各國進(jìn)行潔煤技術(shù)調(diào)研，回國后與助手進(jìn)行該技術(shù)的深入研究，到能源部介紹國內(nèi)外該技術(shù)的進(jìn)展及我國的具體可行方案，并向國家提交了盡快建造燃煤發(fā)電廠的可行性報告。
吳仲華以其獨(dú)特的科學(xué)視角，結(jié)合我國實(shí)際的發(fā)展現(xiàn)狀，在一系列細(xì)致的調(diào)研基礎(chǔ)上，基于“溫度對口、梯級利用”的總能思想提出了我國能源使用與發(fā)展的戰(zhàn)略構(gòu)思，開創(chuàng)我國能源發(fā)展生產(chǎn)與科研相結(jié)合的新局面。其對我國能源技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的發(fā)展影響之深、之遠(yuǎn)，直至今天，在我國的一些能源規(guī)劃和技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域中，仍可以看見吳仲華那些前沿學(xué)術(shù)思想的影子。
（來源：科學(xué)家精神叢書編寫組.科學(xué)家精神 創(chuàng)新篇[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2020.）
聯(lián)系客服
