忆吴先生科研理念,思吴先生行事为人
吴承康院士于 2022 年 12 月 25 日 21 时59 分在北京逝世,享年 93 岁。对于他的离世,我们都非常悲痛。与吴先生共事多年,他在学识见解、行事为人等方面对我们有着很深的影响。吴先生善于思考,总能够抓住问题的本质,并强调“有意义的成果必然要解决重要问题”,是我们科研方向的引领者;吴先生治学严谨,提携后学,和蔼可亲,是我们非常尊敬的大学者。吴先生的逝世是我们重大的损失!追忆他的科研成就,思考他的言行教诲,对于我们的科研工作和日常生活,都具有深刻的启发和鞭策意义。
(一)有意义的成果必然要解决重要问题
吴先生在 2008 年发表了一篇题为《有意义的成果必然要解决重要问题》的文章(刊载于《中国科学院科技创新案例(四)》,北京:科学出版社,2008,17-21),总结了自己从事 50 多年科研工作的经验。其中较为详细地介绍了他在可燃混合气体的燃烧理论与应用方面的研究过程与取得的成果,包括汽油机爆震(engine knocking)燃烧机理的确认、可燃混合气体燃烧中层流火焰传播速度的正确测量方法以及燃烧气脉冲除灰技术的实际应用等。
吴先生于上世纪 50 年代在美国麻省理工学院做博士生时期,其导师 C. F. Taylor教授是内燃机界的老前辈。当时,汽油机爆震是限制汽油机效率和功率的关键因素,对此出现两派学说——“自燃说”和“爆轰波说”。吴先生通过测量发生爆震燃烧的“末端气体”瞬时温度和压力数据,给出了著名的 Livengood-Wu 积分式。该成果在 1954年发表于第五届国际燃烧大会上,其后被内燃机学术界认定是汽油机爆震“自燃说”的理论基础。1983 年,吴先生在美国西北大学罗忠敬教授(Prof. C. K. Law)实验室访问期间,对于燃烧的一个基本现象——预混层流火焰传播进行了研究。当时国际燃烧学界发表了大量分散的预混层流火焰传播数据,无法得到很好的解释。吴先生建立了一套层流火焰实验台及激光测速装置,研究滞止气流中平面火焰传播速度,获得不同速度梯度下(不同火焰拉伸率)火焰面内部和前后沿轴线的流速分布,从而将速度剖面中速度最低值确定为火焰传播速度。相关论文发表于 1985 年的第二十届国际燃烧大会,指出了火焰拉伸对传播速度的影响,其后此方法被公认为确定一维层流火焰传播速度的正确方法。
吴先生从上世纪 80 年代起带领团队在电站锅炉煤粉燃烧方面做出了很多成绩,开发了多种新型煤粉射流燃烧器。上世纪 90 年代初,由于我国电站锅炉用煤含灰量大,容易造成严重的空气预热器积灰堵塞问题,他带领团队研发了燃烧气脉冲除灰技术,解决了可靠点火、加速火焰传播、防止回火、产生强度适中的气脉冲等关键问题,在电站锅炉回转式空气预热器上取得很好的效果。仅几年时间,力学所研发的燃烧气脉冲除灰装置就应用了 50 余台,获得了数亿元的社会经济效益。吴先生在文章中总结道:“开展研究工作主要应根据需求,可以是国家建设的需要,也可以是科学发展中需要回答的重要学术问题。有时开始做的时候不一定对所要解决的问题很明确,特别是基础研究,但有意义的成果必然是解决重要问题的。”
(二)吴先生的言谈与行事为人
2021 年 12 月 15 日, 我 在 看 Fluent 软件使用说明时,见到发动机点火模拟计算时用的是 Livengood-Wu 公式,就把看到的材料发给了吴先生。他第二天回复我以下内容。“Livengood-Wu 公式因为简单,使用方便,所以多被采用。其实这里面的要点是各种条件下滞燃期的数据如何表达才能更为精确地预测点火时刻。对于不同的燃料或燃料混合物,应该有不同的表达式。L-W 公式可以说只是一种原理概括性的公式。这个概念是 Livengood 提出来的,用声速法测量内燃机气体局部瞬时温度的方法也是他提出来并建立设备的。我是做了大量实验数据,最后按 Livengood 的思路整理了数据,表明至少对于正庚烷这种简单的燃料,用快速压缩机的滞燃期数据和 L-W 公式,能准确预报自燃时间,也说明了汽油机爆震是自燃现象。第五届国际燃烧会议是我去讲的,当时得到一些专家好评。其后至今有人引用,并有不少发展(各类燃料、情况)。Livengood 这个人很有意思,就喜欢搞他感兴趣的东西,不在乎名利职位,所以也不教书,不是教授,是研究员。后来听说他酗酒,年纪不太大就去世了。”
数年前,我查阅了吴先生关于层流火焰传播的论文引用情况,告诉他已经有 200 余次的引用,他就讲述了一些这项工作的科研过程:在对于当时最新的文献进行分析后,发现火焰由于不均匀流动等现象,无法保持严格的一维流动,于是将其归于“火焰拉伸”的影响;在实验方面,当时 C. K. Law 教授实验室里已经购置了一些激光测速的基本设备,但由于该测量技术很新,实验室的学生尚没有掌握,吴先生就自己动手建立了层流火焰实验台及激光测速装置,建实验台时尽量采用已有的设备,如坐标架是从旧车床上拆下来改造成的。吴先生还提到,有一次实验室停水,忘记关水龙头了,结果第二天发现来水后,实验室地板都湿透了,赶紧一起去处理,但当时并没有人责怪。
吴先生带领的科研团队凝聚力很强,每年过春节时由陈丽芳老师(于 2022 年 1 月 8日去世)组织,大家大年初一上午九点,一起去给吴先生拜年,聊聊家常。我刚参加工作不久就参加过,后来有老师年纪太大,初一的活动就没有了。此外,每年 11 月 14 日(吴先生生日)那天,大家下午三点都去他家聚会,家里备上蛋糕、糖果等,招待我们。这几年,吴先生来所里比较少,基本在家,我和组里的同事有时会去看他,他的思路还是很活跃。记得 2022 年 10 月的一天,我和李腾一起去吴先生家,看到他正在与十一室的老同事们通过网络会议进行聚会,大家兴致勃勃,一直聊到我们走时,还没有结束。
吴先生在和我们的交谈中,有一次提到他在麻省理工学院准备考博时,曾与一位来自中国的同学住在一起,他们都计划考取当时十分热门的汽车发动机专业。但这位同学成绩不理想,就去公司从事半导体工作了。这位同学后来在美国的半导体企业里越做越好,职位不断提升,上世纪 80 年代回台湾成立了半导体公司,目前已经成为台湾最大的芯片制造企业了。吴先生说,这位同学组织领导才能很突出,是他成功的原因之一。
记得多年前吴先生谈到院士制度时,他说起院士的英文翻译应该为“academician”,来源于苏联科学院的“院士”。而欧美大多数国家的科学院等机构,基本都用“member”一词。他还强调,院士是一种荣誉称号,不是职称,因此在项目评审等表格中,注明某人的职称为“院士”是不合适的。现在看来,吴先生早年的看法是很有现实意义的。
我与吴先生交往多年,他的言行对我影响深远,他的高尚品格也时刻激励和鞭策着我在科研道路上不断前行,做出有意义的成果。与吴先生交往的事情,可说的太多,以上二三事与大家分享,已经可以表达他在我们心中的地位我们永远记得吴先生的音容笑貌。天地两相隔,余生存思量。先生的精神与风范永存!
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