吳仲華(中國工程熱物理學家)

吳仲華(1917.7.27-1992.9.19),出生於上海,原籍江蘇蘇州市,中國工程熱物理學家。中國科學院院士。

1940年畢業於西南聯大后留校任教。1947年在美國麻省理工學院獲博士學位。先後任美國NACA研究科學家、PIB教授。1954年回國,歷任清華大學動力機械系教授兼系副主任,中國科學院動力研究室主任、研究員,力學研究所副所長,中國科學院工程熱物理研究所所長、名譽所長,中國科學院主席團執行主席、名譽主席,全國人大常委會委員,中國航空學會理事長,中國工程熱物理學會理事長,《工程熱物理學報》主編等職。  1957年選聘為中國科學院院士(學部委員)。

人物生平

早年經歷

1917年,出生於上海一個職員家庭,祖上出過狀元。16歲前在上海度過,就讀于格致中學。

1933年,轉入南京金陵大學附屬中學(簡稱金陵中學)高中,直至畢業。

1935年,抱着「工業救國」的理想,北上考入清華大學機械工程系。

1937年,隨校南遷至長沙,清華大學、北京大學、南開大學三校組成的國立長沙臨時大學。

1938年,響應國立長沙臨時大學國防工作介紹委員會(1月設立,並做出了學生從軍可保留學籍等具體規定)的號召,申請報考了陸軍交通輜重學校,一年多后畢業,在新建的機械化部隊短期服役,因該部隊不能直接參加抗日而失望。

1939年,返回學校(長沙臨時大學1938年4月遷至昆明,改稱國立西南聯合大學)繼續學習。

1940年,西南聯大(清華大學)機械系畢業,畢業后與李敏華分別在機械系和航空工程系留校任助教及教員。

赴美留學

1943年,在昆明考取清華庚款留學生。1944年與李敏華一起途經印度赴美,同時在麻省理工學院研究生院學習。原想就讀農業機械專業,因該校已不招此專業研究生而改學內燃機。

1947年,以優異成績獲美國麻省理工學院(MIT)科學博士學位,其間他的「四衝程內燃機輸入過程的熱力學分析」研究成果被列入《當代物理學在中國的發展》。由MIT系主任推薦,任美國國家航空諮詢委員會(NACA)劉易斯噴氣推進中心研究科學家,從事航空發動機基礎理論研究。

1950年冬,在紐約美國機械工程師學會年會上宣讀論文《軸流、徑流和混流式亞聲速與超聲速葉輪機械中三元流動的通用理論》。在NACA工作期間,對葉輪機械流動的理論做了深入研究,發表了一系列研究論文,這些論文完整地建立了他獨創的基於S1和S2流面模型的葉輪機械三元流動通用理論。11月27日,在聯合國會議廳聆聽了新中國代表伍修權在聯合國會議上的發言,更堅定了回歸報效祖國的決心。

1951年,為準備回國夫婦同辭去NACA的工作,轉去紐約布魯克林理工大學(PIB),吳仲華任機械工程系教授兼熱工組主任。

1953年,在對一篇論文的討論中提出Rothalpy(轉子焓)的建議,後為學術界廣泛接受。

輾轉回國

1954年8月1日,趁星期日紐約機場的移民局辦事處照例關門之機,全家(夫妻二人和兩個孩子)離開美國,以赴歐洲旅遊為名,取道英國、瑞士、奧地利、捷克斯洛伐克和前蘇聯,繞過了大半個地球回到祖國。

1955年,應清華大學副校長劉仙洲先生聘請,任清華大學動力工程系教授兼系副主任。

1956年,在清華大學動力工程系創辦了中國第一個燃氣輪機專業,任教研組主任。原熱力發電設備教研組分成熱電站及熱網、鍋爐設備、汽輪機三個教研組后,汽輪機教研組也併入燃氣輪機教研組。在清華大學動力工程系指定王補宣教授負責新建工業熱工專業,1957年底改為工程熱物理專業。

1957年,增選為中國科學院(技術科學部)學部委員。邀請從美國回來的吳承康、吳文、葛紹岩先生,從前蘇聯回國的紀家駒先生到動力研究室工作。率先在清華大學動力工程系招收學位研究生。提出並經中國科學院領導批准,從動力研究室派出首批八名留蘇研究生。

1958年2月,參與制定1958年科學技術發展遠景規劃,提出重點研究項目(交通運輸)「運輸工具用燃氣輪機」,負責單位為中國科學院動力研究室,吳仲華為負責人。結合中國當時的工業水平與對先進動力裝置的迫切需要,建議研發自由活塞燃氣輪機,研製的750馬力自由活塞燃氣輪機組經過性能試驗,於1965年通過國家鑒定,作為中國科學院和交通部的一項重要成果上報。兼任動力研究室國防科研組(魚雷動力,葉輪機械)組長,從事衝壓發動機等國防項目的研究,在北郊籌建衝壓發動機實驗基地,后因國民經濟進入困難時期,衝壓發動機實驗基地下馬。

1958年5月,中國科學技術大學成立,兼任物理熱工系(設3個專業)主任,創建了工程熱物理專業。在清華受到大字報批判,成為清華批判重點,兩面大白旗之一,被批為白專道路。1959年清華大學校黨委正式為吳仲華平反。

1960年,中科院動力研究室與力學研究所合併,創建中國科學院力學研究所(由中科院與清華大學共建,設於清華大學校內),任副所長併兼任第一研究室主任,並積極制訂規劃,籌建動力研究室實驗基地。中國科學技術大學物理熱工系與該校力學系合併,成立噴氣動力熱物理專業,仍主持該專業和任教。年底起,赴蘇聯與捷克等國考察燃氣輪機教學、科研、生產情況及聘請蘇聯專家,並作學術報告。

1961年7月28日,參加國家科委及科學院召開的「技術科學學科規劃」會議,參加錢學森、張維主召的力學組。與錢學森、郭永懷、沈元等人以極大的魄力和科學預見,在中國科學院組織「星際航行座談會」。匯聚數、理、化、天、地、生、力及聲、光、電、半導體、遙感、醫學等多學科、多種高新技術領域的高層次專家,針對發展中國航天事業舉行連續10餘次的專題研討活動,討論的問題十分廣泛,如運載工具、推進劑、姿態控制、氣動力、氣動熱、生物空間實驗、微重力影響等。作為總負責人,承擔七機部五院馬赫數3~7衝壓發動機性能計算任務。下設三個組:進氣道計算組,燃燒室計算組,燃燒室與尾噴管冷卻計算組。任務完成預定目標,通過七機部五院驗收。

1963年,提出在中國科學院設立工程熱物理研究所,獲得批准而暫時未能實現。提出了使用任意非正交速度分量的葉輪機械三元流動基本方程組。

1964年,研究室開展四清運動試點,大批資產階級思想和資本主義道路,吳仲華作為領頭人在運動中受到衝擊。

1965年,力學研究所在開展社會主義教育運動后,第一研究室分成第一、三、五研究室,吳仲華兼任第五研究室主任。

1969年,到410廠工作,任811丙壓氣機負責人。

1970年,在美國宇航局舉辦的國際會議上,首次有人在論文《吳氏方程的計算機解》中提出「吳氏方程」的說法;隨後在挪威和比利時相繼召開的先進壓氣機國際會議上,與會科學家把吳仲華創立的「葉輪機械三元流動理論」更明確地定名為「吳氏通用理論」,理論中的基本方程則稱為「吳氏方程」。

1971年,文化大革命受到衝擊后恢復工作,和一個小組到瀋陽410廠從事航空發動機改型設計與研製,為幾個型號發動機改型做出了貢獻。

1972年,負責在國內對各地有關航空發動機的科研機構進行調研,並由國家撥專款籌建超跨聲速葉柵風洞和單雙級軸流壓氣機試驗台。超跨聲速葉柵風洞1984年2月建成,1984年5月通過鑒定,單雙級軸流壓氣機試驗台1980年建成,1981年通過鑒定並獲中國科學院科技進步一等獎。

1974年3月下旬,率中國科學院動力熱物理代表團參加了在英國召開的第二屆國際空氣發動機會議,並在英國考察燃氣輪噴氣發動機研究工作。回國后編寫了報告,為報告中科學技術專題「發動機內部氣動熱力學」第二部分「葉輪機械(風扇、壓氣機、透平)氣動熱力學」編寫了補充說明材料。

1975年,時任副總理的華國鋒按鄧小平的指示,於8月25日主持召開由中國科學院科學家參加的「百家爭鳴」座談會。在力學研究所的吳仲華提出,要重視把理論研究成果應用到生產中去,他認為科學院應搞基礎性工作,搞新技術、新方法的探索,不同於國防和工業部門重點搞型號。籌建旋轉葉柵試驗台,任組長,1983年試運轉,1985年建成。

1976年秋季,率團出席在德國慕尼黑召開的第3屆國際噴氣發動機會議,作了題為《任意非正交曲線坐標系下基本方程組及其數值解法》的報告。

1978年,擔任國家科委工程熱物理學科組組長,領導制定了全國工程熱物理學科發展規劃。同時擔任國家科委燃氣輪機專業組副組長。10月創建中國工程熱物理學會,任理事長(1978-1992)。中國購買了英國Rolls-Royce公司的Spey發動機製造專利,受王震副總理之邀,率11人專家組赴西安,在丈八溝國賓館工作。在201所主持全國性葉輪機械三元流動理論學習班,國內近百位高級專家教授參加,將任意非正交曲線坐標下葉輪機械三元流動計算程序包無償提供給國內有關的研究所、工廠和高校。

1979年3月,率中國工程熱物理代表團赴美,參加國際燃氣輪機和吸氣式發動機會議。

創建工熱所

1980年4月15日,組織原力學所中部分工程熱物理研究力量和其他人員,創建了中國科學院工程熱物理研究所,任研究員、所長(1980-1987)。6月13日,加入中國共產黨。創辦《工程熱物理學報》,任主編(1980-1992)。8月14日,在中共中央書記處舉辦的科學技術知識講座上做《中國的能源問題及其依靠科學技術解決的途徑》報告。經中國科協批准,以中國工程熱物理學會理事長身份與國際燃燒學會(The Combustion Institute)聯繫,使中國工程熱物理學會下設的燃燒分會(The China Section of the Combustion Institute)參加該組織的活動。

1981年2月13日,出任中國科學院首屆學位委員會委員。2月,率團(陳乃興、黃兆祥等)赴印度參加國際吸氣式發動機會議(ISADE)。5月11-20日,在中國科學院第四屆學部委員大會上與嚴濟慈、李昌被選為主席團執行主席。6月18日,代表中科院領銜參加了三機部和上海市在上海錦江俱樂部聯合召開的「運十飛機論證會」。在國家機械工業委員會組織的討論發展和應用燃氣輪機問題的座談會上,做《燃氣輪機的發展及其在國防和能源利用中的重要作用》的報告。組織七單位聯合完成北京東方紅煉油廠燃用煉廠氣的燃氣蒸汽聯合循環方案可行性分析報告,10月在中國科學院能源委員會組織召開的論證會上通過評議。參與國家機械委、國家科委、國務院國防工辦領導的燃氣輪機應用研究小組的組織與指導,在對國內外燃氣輪機發展情況進行全面調研與研究的基礎上,提出中國發展地面燃氣輪機的規劃設想和應該「明確重點,縮短戰線」,「打破部門界限,實行聯合作戰」建議。在全國能源標準化會議上(當時任全國能源基礎與管理標準化技術委員會主任)發表重要講話,對中國能源標準與能源法規制定提出完整的指導性意見。11月15日,任國務院學位委員會工程熱物理專業指導教師。

1982年1月12日,給中央領導發函,就斯貝發動機改型一事提出具體意見。受中國科學院技術科學部主任李薰委託,和師昌緒、張光斗、羅沛霖組成研究小組,提出「實現四化必須發展工程科學技術」的建議,提出成立中國工程科學院的必要性和初步方案,上書黨中央和國務院,又聯名在《光明日報》發表文章,闡述成立中國工程院的必要。研究提出利用進口閑置的斯貝航空發動機改型。參加中美能源與環境學術會議(北京),以英文發表報告《中國的能源問題及其依靠科學技術解決的途徑》。

1983年4月,率團訪問美國。與CIT校長田長霖教授組織了中美雙方工程熱物理學者在西安和夏威夷的交流活動,還組織了中美合作研究項目,並爭取到中國和美國國家科學基金會的科研經費支持。兩次應中共中央黨校邀請演講」中國的能源問題及其解決的技術途徑」。

1984年1月5-12日,中國科學院第五屆學部委員大會上,再次被選為主席團執行主席(共5人:嚴濟慈、吳仲華、盧嘉錫、武衡、錢學森)。被聘為大慶石油管理局和遼河油田管理局能源技術顧問,多次深入到油田現場做調研和講課,為提高中國油田油氣資源的梯級利用水平,建議推廣應用燃氣輪機及聯合循環總能系統。

1985年,應國家計委科技局委託,組織撰寫「關於發展國產地面燃氣輪機的報告」,對如何發展中國民用地面燃氣輪機提出許多重要建議。組織完成「高效率的注蒸汽燃氣輪機發電供熱裝置可行性的初步分析」研究,為中國發展燃氣輪機(特別是航機陸用的)注蒸汽技術提供新方案和理論支撐。

1987年,卸任中國科學院工程熱物理研究所所長,被聘任為名譽所長(1987-1992)。

1988年,肝癌做手術切除後繼續工作。

1990年,應美國克萊森大學(NASA提議的)邀請,作為訪問教授在美國講學四個月,系統講解了吳氏理論和這方面的研究工作。同時,還在NASA劉易斯發動機研究中心和辛辛那提大學作了兩次短期講課。應邀訪問歐洲的葉輪機械氣動熱力學中心VKI(馮卡門研究所)。12月30日,會同李敏華教授向國務委員、國家計委鄒家華主任呈報「中國要儘快開始建造一體化煤氣化聯合循環(IGCC)裝置」的建議報告。

1991年,組織開展整體煤氣化聯合循環(IGCC)潔凈煤發電技術的研究,派人到美國、日本等考察與進修,組織完成「簡化煤氣化燃氣蒸汽聯合循環裝置(簡化IGCC)」可行性研究等。應中國石油天然氣總公司的委託,組織完成「凝析油氣田輕烴回收、循環注氣、節能工程的概念設計」可行性研究。繼續開展航空退役機陸用改型的技術途徑和方案可行性的研究,對相關改型的指導思想、技術途徑、可能方案以及成套問題等,提出有價值的意見。

1992年4月,從中國科學院主席團執行主席位置卸任,當選為主席團名譽主席。7月,再次會同李敏華教授向中國科學院胡啟恆副院長等領導提出「中國開展整體煤氣化聯合循環(IGCC)方面工作的具體建議」的關鍵性報告。

因病逝世

1992年9月19日,因病在北京去世,享年76歲。11月,中國工程熱物理學會第八屆年會舉行了專門的學術報告會,詳細報告了在吳仲華指導、帶動下和在他的理論啟發下取得的科研成果。會後出版了《紀念吳仲華教授學術報告會論文集》。

個人生活

1935年,剛上大學一年級時,吳仲華認識了航空系的李敏華,共同的奮鬥目標與對攝影和音樂的共同愛好,使他們成為好友。1943年與李敏華結婚,次年兩人一同途經印度赴美,在麻省理工學院研究生院學習。1948年,李敏華獲MIT博士學位后也到NACA劉易斯發動機研究中心工作,在強度研究室任研究科學家。

社會活動

科研綜述

吳仲華50年代初發表的「軸流、徑流和混流式亞聲速與超聲速葉輪機械中三元流動的普遍理論」論文,在國際上被稱為「吳氏通用理論」,其主要方程被稱為「吳氏方程」。60年代,提出了使用任意非正交速度分量的葉輪機械三元流動基本方程組。「吳氏通用理論」在國際上已廣泛地應用於先進的航空發動機的設計中。領導研究發展了整套亞、跨、超聲速計算機方法與計算機程序,已在國內廣泛應用,為提高我國能源利用水平做出了重大貢獻。

擔任職務

當選為中國機械工程學會理事,任《機械工程學報》編委(第2、3、4屆,1956-1983)。

當選為第三屆全國政協委員(1963-1968)。

當選中國航空學會第二屆副理事長(1979-1983)。

當選為中國力學學會第二屆理事會理事(1982-1986)。

1981年參與發起成立中國青少年科技輔導員協會,任協會理事長。

1982年3月,經中國科學院和國家第三機械工業部批准,創建工程熱物理研究所和四三廠聯合成立的中華燃氣輪機研究與發展公司(1982-2001,1990年改名為北京鍾華燃氣輪機研究與發展聯合公司),兼任董事長和總經理(1982-1990)。它是中科院體制改革的一個試點單位,為打開科研與生產相結合的新局面進行嘗試。

1983年3月,當選為第六屆全國人大常務委員會委員(1983-1988)。

當選為第七屆全國人大常務委員會委員(1988-1992)。

1989年,創辦中科院下屬北京科能能源與動力研究發展中心,進行在設備製造領域用市場推動研發的大膽嘗試。又在該中心葉輪機械及CAD部的基礎上,成立了北京市科能聯合技術開發公司(后成為北京科能諾得能源技術有限公司)。

承擔課題

1982年2月,負責承擔國家計委批准、中國科學院下達的國家重點攻關項目「北京燕山石化公司東方紅煉油廠燃氣蒸汽聯合循環發電供熱試驗裝置」課題(1982-1992)。

1983年組織實施「燃燒與能源利用」 UNDP項目(1983-1985)。

1986年3月,被聘為西北工業大學名譽教授。組織實施「葉輪機械與能源利用設備的研究與發展」UNDP項目(1986-1990)。

1987年主持國家自然科學基金「工程熱物理中關鍵問題的研究」重大項目(1987-1991),並具體負責其中「熱機氣動熱力學」部分的研究。

學術著作

期刊論文

1988年組織出版《能的梯級利用與燃氣輪機總能系統》一書,對能的梯級利用與總能系統做了全面闡述。並再次論述同時發展燒氣燒油的聯合循環裝置和研究各種在燃氣輪機中燒煤的方法的中國燃煤聯合循環發展的「雙管齊下」方針。

由NASA出版了專著《亞聲速和超聲速葉輪機械中二元和三元旋轉流動的通用理論》(NASA Contractor Report 4496,1993年出版)。

成就貢獻

吳仲華先生從1948年在美國航空諮詢委員會(NACA)劉易斯噴氣推進實驗室任研究科學家開始,至1992年去世,從事科研工作44年。他一生的學術成就大致可以分為以下方面:

一、創立葉輪機械三元流動通用理論。

二、創立工程熱物理學科。

三、參與國家能源動力戰略研究與中國科學院   決策,倡導總能系統與能源戰略構思。

四、研究發展燃氣輪機及聯合循環。

科學理論

葉輪機械是在旋轉的輪子上裝上葉片,通過葉片與流體進行作功量交換的動力機械總稱,屬於這類機械的有:航空噴氣發動機(燃氣輪機)中的壓氣機、透平、蒸汽輪機、鼓風機、泵等,所以是量大面廣、十分重要的動力機械,當時以航空噴氣發動機中的壓氣機要求最嚴、技術含量最高為典型。

吳仲華先生於上世紀五十年代初創立了國際公認的葉輪機械三元流動理論。

抓住了科學發展的新動向

20世紀40年代後期,美國麻省理工學院(MIT)發明了電子計算機的前身——起初名為「積分效應器」的儀器。吳仲華剛從麻省理工學院博士畢業,他抓住了這個世界科學發展的新動向:開闢了數值求解葉輪機械三元流動新方向。

20世紀80年代美國召開的國際燃氣輪機大會上,國外學者總結道:上世紀五十年代初,葉輪機械界發生了兩件大事:電子計算機的發明和吳仲華葉輪機械三元流動理論的創立,這決定了葉輪機械的發展。吳仲華是國際上系統地從事工程數值計算方法的開拓者之一。

嚴密的基本概念和創新的思想

研究大方向的正確,又建立在嚴密的基本概念和創新的思想基礎之上,這是吳仲華葉輪機械三元流動理論的又一個特點。

當時,葉輪機械內部流動的研究仍然沿用外部流動的方法,即將葉片視為相互之間沒有關聯的孤立翼型。這種辦法,只能得到葉片平均半徑進出口處的流動情況,而無法計算葉片沿葉高方向流動的變化。吳仲華認為,必須考慮葉片之間的相互作用,摒棄孤立翼型的方法。這是吳仲華做出的又一個重大的抉擇。

在粘性項的處理中,最有特色的是吳仲華將在試驗中可以測得的流動損失數據轉換為熵的變化,而在基本方程中巧妙地用熵的梯度來代替粘性項;經過這樣的分析和嚴謹的推演,葉輪機械三維流動的基本方程的動量方程中就不再出現形式複雜、難以求解的粘性項,而代之以熵的梯度;而能量方程也以轉子焓的變化來表達。流動的基本方程就這樣被大大簡化,顯得非常簡潔,為進一步求解打下了很好的基礎。

這方程物理意義明確,形式簡潔,是矢量不變形式,適合於各種坐標系統,成為葉輪機械三元流動計算的基礎,所以被廣泛引用,並被稱為「吳氏方程」。

化整為零,提出了流面模型

應該強調,在上世紀五十年代初期,計算機還僅是雛形,尚無法求解這樣的三維流動方程。於是吳仲華提出了流面模型,其目的是化整為零,將三維流動分解為一系列二維流動的組合。吳仲華先生創立的兩類流面理論將豐富的想象力、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。這樣,兩類流面模型就將當時條件下無法求解的十分複雜的三維流動分解為相互關聯的兩族流面上的二維流動,使其求解成為可能。顯然,這是一個巨大的貢獻,對推動葉輪機械的發展,對促進航空發動機和燃氣輪機的發展起到了重大的作用。

密切聯繫工程實際,與實驗研究結合

吳仲華在發展葉輪機械三元流動理論時,十分明確三元流動理論是為研製、設計、分析葉輪機械服務的。他一直強調不會設計葉輪機械的人是搞不好三元流動理論的,因為不理解設計葉輪機械時會遇到什麼問題。即使至今,我們仍無法完全依靠計算求得所有的結果,例如流動的損失。他十分重視實驗研究,在計算中一些計算參數就來源於實驗結果,這樣數值計算和實驗研究結合,研究成果就可以很好地應用於實際葉輪機械的設計、分析。

理論應用的深入與葉輪機械的發展相輔相成

為了適應當時的計算機能力、計算技術和航空發動機發展的需要,吳仲華三元流動理論的應用也是與時俱進,分階段發展的。根據近似簡化的程度,吳仲華理論的應用可以分為:簡化徑向平衡、通流S2流面計算、圓柱面S1流面、任意迴轉面S1流面、任意翹曲S1流面、兩族流面迭代收斂等不同的階段。在不同的應用階段,都成功地設計、研製、發展了各代先進航空發動機。

不斷發展,任意非正交曲線坐標系統的應用

為了適應各種複雜形狀的葉輪機械,編製統一的計算機程序,吳仲華又在上世紀六十年代中期發展了應用任意非正交曲線坐標系統的葉輪機械三元流動理論,並親自領導了一個研究小組,研究其數值計算方法,研製了整套的應用任意非正交曲線坐標系統的葉輪機械三元流動計算機程序包,把葉輪機械三元流動設計、分析又提高到了新的水平,被譽為「葉輪機械三元流動理論新的里程碑」。

學科創立

工程熱物理學是研究熱、能、功轉換與利用過程中的基本物理現象、規律的應用基礎學科,它包括:工程熱力學、氣動熱力學、傳熱傳質學、燃燒學等分支學科。按其應用又可包括:能源利用、熱機、流體機械、多相流動等。它研究各類熱現象、熱過程的內在規律,並用以指導工程實踐。所以這是關係到國防、國民經濟所有部門和國民生活的重要學科。

創立工程熱物理學科

20世紀50年代是中國科學的春天,制訂科學十二年長期發展規劃。1961年吳仲華參加國家科委和中國科學院召開的「技術科學學科規劃」和「星際航行座談會」,以極大的魄力和科學遠見,討論各種有關問題,提出了許多建議。特別是為了加強熱、能、功的轉換與利用的基礎研究,他倡議創立研究熱、能、功的轉換與利用的基本物理規律的工程熱物理學科,得到梁守、史紹熙、寧、王補宣、陳學俊、王宏基等同仁們的一致贊同。於是創立了工程熱物理學科,從此開拓了工程熱物理學研究、發展的新時代。

制定了全國工程熱物理學科發展規劃

1978年,經吳仲華等的提議,國家科委設立工程熱物理學科組,吳仲華擔任組長,領導制定了全國工程熱物理學科發展規劃。

1975年,吳仲華參加華國鋒副總理按鄧小平的指示召開的「百家爭鳴」座談會和科學院受華國鋒的委託召開的座談會,提出要重視把理論成果應用到生產上去,認為科學院應搞基礎性工作,搞新技術、新方法的探索,不同於國防和工業部門以型號研製為主。

創建工程熱物理學會

為了提供學術交流的平台,吳仲華倡議並得到國內各方面同仁們的附議,經中國科學技術協會、民政部批准,於1978年10 月在杭州莫干山召開了中國工程熱物理學會成立大會,吳仲華擔任首任理事長。

吳仲華對工程熱物理學會的事務十分精心,他一貫親自主持學會重要事務。他辦學會的宗旨是:學會是工程熱物理學界的學術交流場合,堅決不搞任何歪門邪道!每年按期召開學術交流會議,在學術交流中百家爭鳴,尊老愛幼,暢所欲言。

創辦工程熱物理學報

1980年,吳仲華創辦了工程熱物理學報,擔任主編,他親自審稿、定稿,學報稿件來自國內各方面,經初審,每年學術報告會議上評審、最後定稿,保證了稿件質量。吳仲華為了擴大國際影響,兩次努力在美國出版中國工程熱物理學報,后終因資金原因,未能實現。

能的利用

中國能源問題的戰略構思

1980年撥亂反正後,吳仲華在中共中央書記處舉辦的科學技術知識講座做《中國的能源問題及其依靠科學技術解決的途徑》報告中(當時全體中央領導除鄧小平外都到會),從科學技術角度,提出解決中國能源問題的戰略構思。提出各種不同品質的能源要合理分配,對口供應,做到各得其所,在相當長時期內要把加快煤炭的開發擺在重要的地位,電力建設要逐步把水電開發放在重點上,在嚴重缺能地區還要建設核電站,因地制宜地發展各種新能源等。提倡按照「溫度對口、梯級利用」原則,大力發展各種聯合循環與熱電並供、余能利用等總能系統。指出能源工業很容易產生大量的各種污染,在發展能源的同時必須要很好地重視環保工作。指出現代科學技術的發展為較大幅度地提高能源利用率提供了可能性,應該努力做好能源規劃工作,大力加強能源的科學研究,掌握有關的先進科學技術,抓好能源開發,特別是要節約能源,開展以節能為中心的技術改造等。

這份報告經過精鍊后在黨刊《紅旗》雜誌上全文轉載。後來,中央黨校又邀請他對全校作報告,這份報告內容經整理后正式出版為縣團級幹部必讀教材。

1981年,他任全國能源基礎與管理標準化技術委員會主任,對中國能源標準與能源法規制定提出完整的指導性意見,認為能源標準化是合理開發能源資源、提高能源利用率、更新和改造能量轉換設備和用能設備的科學技術依據,是能源管理和能源立法的科學技術基礎。

倡導能的梯級利用與總能系統

吳仲華先生對中國能源問題的戰略構思是基於能的綜合梯級利用的科學用能思想。1988年,他主編《能的梯級利用與燃氣輪機總能系統》專著,對能的梯級利用與總能系統進一步做了全面闡述。「溫度對口、梯級利用」的熱力系統,通常被稱為總能系統(狹義)。

從這個基本原理出發,他提出把燃氣輪機和其他用能系統關聯起來,綜合考慮能源的綜合梯級利用,組成總能系統。闡述了燃氣輪機總能系統的概念及其基本組合形式,以及他們大幅度提高能源利用率的能力,把燃氣輪機發展應用提高到系統高度。他提出的能的梯級利用原則已成為能源動力系統集成開拓的關鍵核心科學問題,他倡導的總能系統已成為能源科學發展的主流思想,對能源科學技術和能源學科、乃至國民經濟發展都產生了巨大而深遠的影響。

提出能源領域若干重要的研究方向

基於總能系統的思想,他率先提出對中國經濟發展有重大影響的若干總能系統研究方向,如燒天然氣的大型聯合循環,燃煤整體煤氣化聯合循環(IGCC)與流化床燃煤流化循環(PFBCC),三聯產(電、熱、燃料氣),多聯產(電、熱、燃料氣、化工產品)等。這些研究方向大多以不同形式列入中國各個時期國家能源領域科技規劃和計劃中,許多國家重大科學技術發展計劃中也有驚人相似的研究內容,如美國的潔凈煤技術計劃(CCT)、21世紀遠景計劃(Vision21)與先進透平動力系統項目(ATS),美國和歐洲聯合執行的先進燃氣輪機合作計劃(CAGT),歐洲的尤里卡計劃,以及日本的「月光計劃」與「日光計劃」國家項目等。

燃氣輪機

燃氣輪機是上世紀四十年代發展起來的新型動力機械。面向21世紀,以燃氣輪機為核心的總能系統將成為新世紀的主要動力:油、氣燃料的火電主導動力;煤電發展的主要方向;冶金、石化等部門重要節能技術;海、陸、空現代交通的重要動力;環境保護的重要技術。為了提高效率,發展燃氣蒸汽聯合循環、聯產系統等是方向。為了能燒煤,發展整體煤氣化聯合循環(IGCC)、流化床燃煤聯合循環(FBCC)等至關重要。

積極發展地面燃氣輪機

吳仲華積极參与國家能源動力領域科學技術的戰略研究和決策。他對國家燃氣輪機事業滿腔熱情,多次參加中國燃氣輪機發展規劃制定與決策。

1957年參與制定國家科學技術發展遠景規劃,提出重點研究項目「運輸工具用燃氣輪機」,描繪了在中國研發工業燃氣輪機的藍圖。

1981年,他在國家機械工業委員會組織的發展和應用燃氣輪機問題的座談會上,做《燃氣輪機的發展及其在國防和能源利用中的重要作用》的報告,全面闡述了燃氣輪機發展的趨勢與重要性,提出中國發展燃氣輪機的策略和具體建議,認為各國的具體情況差別很大,應該根據自己的具體情況來發展燃氣輪機。他參加組織由國家機械委、國家科委、國務院國防工辦領導的燃氣輪機應用研究小組,在對國內外燃氣輪機發展情況進行全面調研與總結的基礎上,提出中國發展地面燃氣輪機的規劃設想,認為應該「明確重點,縮短戰線」,「打破部門界限,實行聯合作戰」,提出要充分利用國內已有的基礎和成果,抓好對當前國民經濟和國防建設具有重要作用的一批快見成效的項目,抓好一批具有方向性的重大科研課題。

1985年,應國家計委科技局委託,吳先生親自組織編寫《關於發展國產地面燃氣輪機的報告》,對如何發展中國民用地面燃氣輪機提出許多重要建議。

科研與生產相結合地發展聯合循環

1982年,吳仲華先生倡議成立中華燃氣輪機研究與開發公司,為打開科研與生產相結合的新局面進行嘗試。公司率先嘗試以公司形式承包工程建設和國家科研項目(北京燕山石化公司東方紅煉油廠燃氣蒸汽聯合循環發電供熱試驗裝置)。項目的近期目標是將熱力學理論應用到企業能量轉換過程,研製國產首台排氣全燃型聯合循環發電供熱裝置,為中國石化、電力等部門推廣應用打下基礎。他還親自組織研究提出利用進口閑置的斯貝航空發動機改型,並實際實施了其中的三種方案:用核心機改裝為聯合循環發電裝置(用於東煉工程),利用低壓壓氣機切頂以及切頂加零級兩種方案改裝為船用發動機(擬用於艦艇動力)等。

1989年,創辦中國科學院下屬的北京科能能源與動力研究發展中心,進行在設備製造領域用市場推動研發的大膽嘗試。另外,他還被聘為大慶石油管理局和遼河油田管理局能源技術顧問,多次深入到油田現場做調研,為提高大慶油田油氣利用水平,建議推廣應用燃氣輪機及其總能系統。

積極推動中國潔凈煤技術的發展

吳仲華在20世紀80年代初中國聯合循環工作起步之始,他就提出了一個「雙管齊下」的方針:一方面在能夠燒氣和燒油的地方,先發展燒氣燒油的聯合循環裝置,以取得實際經驗,也為使用者節能;另一方面要大力研究各種在燃氣輪機中燒煤的方法。在兩者都取得成績以後,合起來就可以得到適合中國國情的高效率、低污染、少用水的燒煤聯合循環裝置了。吳仲華先生在他最後的歲月中,一直念念不忘向國家建議發展整體煤氣化聯合循環(IGCC)的潔凈煤發電技術,他於1990年和1992年會同李敏華教授分別向鄒家華副總理、胡啟恆副院長和其他有關領導提交在中國發展IGCC的建議。

獲得榮譽

1957年,他以「燃氣輪機的研究」榮獲國家自然科學獎二等獎。

1957年選聘為中國科學院院士(學部委員)。

1981年通過鑒定並獲中國科學院科技進步一等獎。

1987年獲中國機械學會金質獎章。

社會評價

「吳仲華先生一生對科學的主要貢獻有兩個,一是創立葉輪機械三元流動理論,這已經是舉世公認的了;另一是他提出了工程熱物理學科,這一點還沒有為充分認識,但它的意義隨着時間的推移,會日益顯現。」「國際工程熱物理學界,吳仲華是中國的代表。”(美國加利福尼亞大學伯克利分校校長田長霖教授評)

後世紀念

2006年,舉行清華大學熱能工程系燃氣輪機專業成立五十周年暨吳仲華教授銅像揭幕儀式。

2007年,為了發揚吳仲華先生奉獻、愛國、科學的精神,促進工程熱物理學科的發展,積極培育有志於在國內從事工程熱物理學科相關領域和方向科研的青年人才和研究生,由中國科學院工程熱物理研究所與中國工程熱物理學會共同發起設立「吳仲華獎勵基金」。