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孙天风——我国风工程研究的开拓者

作者:币游 发布时间:2021-02-18 12:06 点击数:

  孙天风,流体力学家。早期从事超声速和高超声速空气动力学的研究,70年代后,在中国倡导风工程的研究。在大气边界层的实验模拟、工业和民用高耸建筑的风载实验研究等方面取得了一系列重要成果,为中国风工程事业的发展作出了贡献。

  孙天风,1920年8月1日出生于江苏省武进县一个知识分子家庭。1932年进江苏省立常州中学学习。七七事变后,赴贵州铜仁国立第三中学继续求学。1938年,孙天风考入昆明西南联合大学化学系学习。为了发展中国的航空事业,增强抵御日本侵略军的侵略能力,第二年(1939年)他转入西南联合大学航空工程系学习。1943年由航空工程系毕业后,他留校任本系助教。1946年抗战胜利后,他随校迁回北京,在清华大学航空工程系继续教学。

  1948至1956年,孙天风赴美国纽约州康奈尔大学航空工程学院学习和工作。在此期间,他师从于国际著名空气动力学家W.R.西尔斯(Sears),潜心研究超声速流动以及激波的反射与衍射。当时,他的一些论文是作为美国政府报告发表的。由此获得航空工程硕士、哲学博士学位。孙天风在美留学期间无时不在关心祖国所发生的一切,他对中华人民共和国的成立和成长感到十分鼓舞,对国内开展的轰轰烈烈的伟大建设事业更是感到兴奋,总想将自己的一份力量贡献给祖国,但苦于没有机会。1955年日内瓦中美谈判后,美国政府才允许中国留学生返回祖国。数年来的心愿即将实现,对此,孙天风感奋不已,他毫不犹豫地回绝了美国移民局要他申请永久居留美国的建议。为了避免不必要的麻烦,他巧妙地绕道欧洲,在伯尔尼与我国驻瑞士使馆联系,经使馆周密安排,于1957年2月6日抵达北京。在回国的过程中,孙天风深深地体会到祖国对他的关怀和爱护。

  孙天风热爱教育事业,他认为青年学生思想活跃,容易接受新鲜事物,和青年人在一起,教师的身心和学术思想会永远年轻,所以回国后,组织上根据他本人的意愿,安排他到北京大学任教。他先后被聘为数学力学系、力学系副教授、教授,流体力学专业博士生导师,并担任流体力学教研室主任。80年代起,他先后兼任中国空气动力学研究会常务理事,工业空气动力学专业委员会主任委员,中国力学学会理事、北京力学学会副理事长等职,以及《力学学报》和《空气动力学学报》副主编。

  孙天风回国后的50至60年代,正是我国航空航天事业处于起步与发展的阶段,需要大量的科技人才。北京大学数学力学系力学专业作为国内最早的力学专业,肩负着为国家培养力学人才的重大使命。孙天风除讲授流体力学专业基础课外,还开设了高超声速空气动力课程,主持教师和高年级学生讨论班,培养研究生。在他的努力下,北京大学开辟了高超声速空气动力学的科研方向。1958年,他和其他同事一起设计并建造了国内最早的方形截面(5厘米×5厘米)激波管,该设备在以后的教学科研中发挥了很大的作用。

  孙天风基于对世界发达国家力学研究发展方向变化的洞察,结合我国现代化建设和发展的需要,在70年代就适时地将自己的科学研究方向转向了工业空气动力学,即风工程。他积极与工程设计部门协作,从实际需要出发,承担工程实际中提出的紧迫性研究课题,充分利用学校的技术、设备条件开展研究工作。风工程是一门由传统的空气动力学同气象学、气候学、结构动力学和建筑工程等相互渗透而形成的新兴学科,主要研究在大气边界层中风与人类活动及其劳动产物间的相互作用规律。70年代后期,随着我国高耸结构和高层建筑的大量出现,随着国民经济发展带来的周围环境污染问题的日益严重,就越显现出风工程学科发展的广阔前景和重要意义。1980年5月,中国空气动力学研究会成立,孙天风被选为常务理事。同年11月,工业空气动力学专业委员会成立,他被选为第一任主任委员。多年来,孙天风为发展我国的风工程事业作出了巨大的努力。在他的领导下,学会工作搞得十分活跃,他们开展了多种学术活动,包括每4年一次的全国风工程与工业空气动力学学术会议,以及各类专题学术讨论会,例如“结构风效应”、“大气扩散”、“车船气动力”、“风工程试验设备、试验技术及其应用”、“体育流体力学”等。此外,还积极开展国际学术交流和合作活动。1983年,孙天风率中国代表团首次参加第六届国际风工程学术会议,并被选为国际风工程协会执行委员会委员;1987年起又兼任该委员会的亚太地区秘书。1989年,孙天风在北京主持召开了第二届亚太地区风工程会议。

  自70年代起,孙天风的科学研究工作扩大到风工程学科的各个领域,其中,大型双曲线型自然通风冷却塔风荷载的研究及柱和柱群风荷载的研究是两个主要方面,其他还有大气边界层风洞模拟实验研究、风洞实验中的堵塞度修正、大气边界层风洞设计、现场实测和地面粗糙度跃变所形成的内边界层等,取得了一批具有国际水平的成果。这些成果有的成为设计部门进行设计的重要依据;有的列入了国家或工业主管部门的设计规范。

  孙天风作为一名教育工作者,极为重视对学生的培养。1978年,力学系随原北京大学汉中分校迁回北京后,招收了“”后的首届学生。作为流体力学教研室主任,为了开好流体力学这门重要的基础课,他日夜准备教材。当时,孙天风已年过60,且身患扁桃体上皮癌,做过大剂量放射治疗,因此严重缺乏唾液,说话非常困难,但他全然不顾这些,毅然再次走上讲台授课。每堂课下来,他唇焦口赤,难以忍受。在座听课的教员和学生无不为之感动。

  对他来说,流体力学课程虽已讲授过多遍,但他还要与其他教员一次又一次地讨论和修改教学大纲和讲义,每次讲课前还要精心备课、查找文献,以便将国内外的最新科技发展信息深入浅出地介绍给学生。

  孙天风在教学上的严谨作风也充分反映在他从事的科研工作上。风工程研究的主要手段是风洞实验研究,每一个课题的实验方案都是他和同事们共同讨论、亲手制订的。80年代后,虽然孙天风年事已离,但他还是经常亲临实验现场;为保证实验的准确性,他对每一个实验细节、每一个数据,都要求精益求精。1988至1990年期间,为完成国家自然科学基金重大项目海洋工程中的力学问题的子课题——柱和柱群的风荷载的研究任务,他连续三年亲赴四川中国空气动力学研究与发展中心的试验基地,指导风洞实验研究工作。由于当地缺乏电力,风洞往往只能在晚间运行,而当时他已是70高龄的老人,但每次实验他都亲临现场指导,并坚持工作到次日清晨实验结束,白天还要及时着手分析数据和结果,调整下一步的实验方案。

  在多年风工程研究的基础上,结合国际最新成果,近几年来,孙天风为研究生讲授了建筑空气动力学课程,培养了10多位硕士、博士研究生。

  孙天风一贯坚持:搞科学研究要从我国的实际出发,要为国家经济建设服务。70年代初期,他在国内首次利用风洞进行了大气边界层气流模拟实验,并研究了大型双曲线型自然通风冷却塔的风荷载,配合全尺寸塔的现场实测结果,首次提了国际上第一条光滑塔面双曲线型自然通风冷却塔的风压分布曲线。这一成果为国内有关部门列入设计规范,并为国际风工程权威性著作所引用。在上述风洞实验中,为弥补风洞实验中雷诺数远小于设计风速下全尺寸塔雷诺数的问题,为加深粗糙度,他提出了用在光滑塔面均匀布置丝线的方法来模拟更大雷诺数时的压力分布,并获得成功。继之,他又对其他一系列的冷却塔,例如横流塔、加肋塔等,以及各类塔群间的相互影响、塔与附近建筑物的影响等实用性很强的课题展开了系统的研究工作。为使风洞模拟研究更具科学依据,他还在有关部门的大力支持下展开了现场实测工作,他多次亲临建筑工地现场指导,结合风洞实验结果详细分析数据,获得了一系列有意义的、代表当前国际水平的科研成果。

  孙天风不仅在风工程应用研究领域取得重要成就,而且重视基础性研究。他多年潜心研究超临界雷诺数时柱群的风荷载及相互干扰,并取得突破性成果。在这一课题中,他分别对各种长宽比的矩形柱群和二维双圆柱进行了系统的研究。在对矩形群的研究中,他发现:在双柱并列布置时,存在类似并列圆柱在亚临界雷诺数时的双稳态尾流切换现象,他的这一发现,引起了国际上有关专家的重视。作为经典的钝体空气动力学问题,绕双圆柱流动的研究在国际上虽然早已开展,但却主要是集中在亚临界雷诺数范围内。对于实际的风工程,所涉及的主要问题是超临界或高超临界雷诺数情况,且来流为大湍流度。要满足上述条件,在实验设备和研究技术上都有相当的难度,国际上这类的研究结果也很少。尽管如此,为了使科研工作与工程实际更紧密地联系在一起,近年来,孙天风等在国家自然科学基金委员会、国家教委博士点基金会和其他有关单位的合作下,对双圆柱在超临界雷诺数时以及来流大湍流度条件下的风荷载及相互干扰问题(包括动态荷载)继续进行着深入、系统的研究,并取得一批新成果。

  孙天风老骥伏枥,壮心不已,他的勇攀高峰、不断进取的精神感召和培育着北京大学一伏又一代的师生。

  1938—1943年昆明西南联合大学化学系学习,1939年转入航空工程系学习,1943年毕业,获工学士学位。

  1948—1956年美国康奈尔大学航空工程学院学习、工作,获航空工程硕士、哲学博士学位。

  1957年—先后任北京大学数学力学系、力学系副教授、教授,流体力学专业博士生导师,流体力学教研室主任,先后兼任中国空气动力学研究会常务理事、中国力学学会理事、北京力学学会副理事长。

  1983年—任国际风工程协会执行委员会委员,1987年起,兼任该委员会亚太地区秘书等。


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