工業心臟第一百四十八章 感受工程藝術之美
李文山在10月初的時候就離開長安，一是去找原材料供應商，二是去找合格的協作廠家。主要就是可以電風扇的塑膠外殼的廠家，如果真沒辦法，那就只能自己幹了。
雖然現在電風扇的生產反而沒有那麼緊急了，就算找不到塑料廠肯做的，因為在西班牙的航模大單，只要幾個月後，戈力的經濟情況好轉了，完全可以自己做。
...
轉眼過了一個星期，10月18日，週二。學校門口的橫幅早已換成了‘熱烈歡迎吳中樺院士蒞臨我校指導’。
在校長等一大群人的擁簇下，吳中樺院士來到了西工大。按照行程，明天他將會開一個名為‘感受工程藝術之美’的科普性講座。然後接下來幾天和航空院進行學術交流。
工程藝術之美當然是三元流動理論在航空燃氣輪機上的應用，吳院士這次的講座主要目的就是介紹三元流動理論的背景和發展。
吳院士先生介紹了相關背景。
原來在二次大戰後，各國經濟迅速回升，對新興的航空工業提出了旺盛需求。為了飛得更高、更快，必須大力提高發動機的效能和可靠性。那時，航空燃氣輪機在各種動力裝置中脫穎而出，很快在航空推進裝置中佔據統治地位。
接著吳院士介紹了三元流理論發展的必要性。
作為航空發動機核心的風扇、壓氣機、渦輪等葉輪機械流動的研究，直到上世紀四十年代末期，一直沿用通常空氣動力學中飛機機翼時的孤立葉片模型。這種方法，只能計算葉片平均半徑處進出口流動引數的變化，不能計算葉片的扭轉、彎曲，因為它沒有考慮葉片之間的相互作用，對於葉片數量很多的葉輪機械就不適用了。
因此，為了大幅度提高航空發動機和葉輪機械性能，必須針對非常復雜的葉輪機械流動方程組，根據內部流動的特點，建立新的理論模型，推導相應的數學方程，提出簡化的物理假定，最後給出可以數值求解的基本方程和求解方法。
在傳統的空氣動力學模型不適應多葉葉輪機械的時候，吳院士在60年代開創了三元流動理論。
吳院士把一個在當時計算條件下無法求解的葉輪機械內十分復雜的三維流動分解為S1和S2兩族流面上的二維流動，使其數值求解在當時的計算機條件下成為可能。無疑，這是對葉輪機械內部流動研究的巨大貢獻：基於兩類流面這一理論模型和計算方法，國際學術界對葉輪機械流動進行了深入、系統的研究，發現了許多新的流動現象和規律，大大提高了葉輪機械的效能；基於這一理論和方法，成功地研製出了一代比一代性能優越的航空發動機和燃氣輪機，極大地促進了世界航空事業和能源動力工業的發展。
吳院士接著分析的三元流動理論，他透過計算公式為大家展示了——引入的流面偏導數是一座橋樑，它把葉片空間內三維流動的物理量與流面上二維流動的物理量聯絡在一起，可以把三維的運動方程轉換為流面上的二維流動方程；而在匯出的流面上流動基本方程中出現了流片厚度和流面之間的作用力，它們是流動三維性的表徵，也是流面上流動方程與通常的二維流動方程的不同之處，可以認為它們是流面理論模型的兩大支柱。還應當注意到，在這一理論中，引入了一個沿流線的不變數——相對滯止轉子焓，它使方程更為簡潔，計算更為簡便。這一座橋樑、兩個支柱和一個不變數，可以認為是兩類流面理論的精華。這個理論的建立，可以清楚地看出內部流動研究的特點，對於進一步研究其他內部流動現象也是很好的借鑑。
透過吳院士的介紹，聽講座的人可以清晰的感受到三元流動這個理論把豐富的想象力、清晰的物理概念、嚴格的數學演繹和方便的工程應用完美地結合在一起，全方位地體現了工程科學之美。毫不誇張地說，這個基於兩類流面的葉輪機械三元流動理論是一個全面展示工程科學之美的優秀範例。
【目前用下來，聽書聲音最全最好用的App，集成4大語音合成引擎，超100種音色，更是支持離線朗讀的換源神器，huanyuanapp.org 換源App】
最後吳院士開始展望未來，說起了他倡導的工程熱物理學科。
吳院士介紹隨著世界上第一顆人造衛星和第一個宇航員進入太空，人類第一次離開了地球，開啟了一個新的時代。繼飛上天空之後，人類又面臨飛離地球、進入太空這樣一個需求，他和中國老一代科學家敏感地認識到推進裝置的極端重要性和前所未有的科技難度，面對高溫、高壓、高速、高轉速和化學反應交織在一起的複雜現象，為了研製出效能可靠、經濟適用的推進系統，必須對其內部的工作過程有深入細致的瞭解，必須對能量以熱的形式轉化、輸運和利用的規律進行系統、專門地研究，必須把各類熱現象、熱過程涉及的分散的工程熱力學、內部流動氣動熱力學、傳熱傳質學和燃燒學幾門學科緊密結合在一起來考慮。這意味著必須把它們聯絡在一起，形成一門新的綜合性應用學科，進行深入系統的研究，這也就是工程熱物理學科誕生的原因。
最後吳院士沒有過多展開這個話題，而是總結，作為一門工程科學，工程熱物理學這十幾年有了長足的進展，其應用範圍也大為擴充套件。現在，它在航空航天推進、能源高效清潔利用、新能源開發、環境保護等領域發揮著越來越重要的作用。建立工程熱物理學的影響已經充分顯現，而且必將為科學和技術的發展做出日益顯著的貢獻。可以預期，隨著臨近空間高超聲速飛行的實現和高效、清潔能源技術以及大規模可再生能源的利用，工程熱物理學將迎來更為輝煌的時代。
講座結束後，提問開始，陳東風對工程熱物理比較感興趣，他遞了一張小紙條——請吳院士介紹小工程熱物理學科以及該怎麼學習。
吳院士讀了這個問題後，回答：“很高興有同學對工程熱物理感興趣，下面我稍微介紹下。”
吳院士介紹，作為研究能量以熱的形式轉化的規律及其應用的一門技術科學，工程熱物理學科有著堅實的學科基礎。對於一個推進裝置，首先要從系統上進行研究，從工程熱力學的角度來探討其合理性和優越性，即用熱力學第一定律和第二定律來分析、研究，從總體上加以把握。在推進裝置和能源動力中，往往涉及各種流動問題，應當從牛頓三大力學定律出發加以研究，特別是要求解適用於旋轉機械的okes方程和相應的邊界條件，並在專門設計的、測試精準的試驗平臺上進行細緻的實驗。除了流動以外，還常常伴隨著多種多樣的傳熱傳質現象，此時需要用Fourier定律等來分析。對於伴有燃燒過程發生的現象，更需要用化學反應動力學的定律和方程來加以研究。
可見，工程熱物理學的幾個分支學科在其各自理論和定律作為基礎的同時，還存在著內在的深刻的聯絡，這使得工程熱物理學成為一門內部結構完整、邏輯性很強的學科。