陈乃兴先生的主要学术成就和对科技发展的重要

2019年8月6日是中国著名工程热物理学家、国际著名系列会议即国际内流气动热力学会议(International Symposium on experimental and computational Aerothermodynamics of Internal Flows, ISAIF)的主要发起人之一、热科学杂志《Journal of Thermal Science》的创始人、中国科学院工程热物理研究所第2任所长陈乃兴先生逝世一周年的纪念日。陈乃兴先生一生鞠躬尽瘁、殚精竭虑，为中国工程热物理学科的发展以及燃气轮机和航空发动机的设计与研制做出了重大贡献。

陈乃兴先生，1933年9月29日生，原籍广东省番禺县。1951—1952年就读于清华大学，1953年10月赴苏联莫斯科包曼高等工业大学热能与流体机械系学习，1958年3月学成回国并先后在哈尔滨汽轮机厂、国防部第七研究院第三研究所以及海军论证部工作。早在1963年，陈乃兴先生就被授予工程师技术职称、任研究室主任(正团职)。1978年10月吴仲华先生邀请陈乃兴先生前往中国科学院力学研究所工作，并专门为他组建了叶轮机械内部黏性流动计算课题组。1980年，中国科学院工程热物理研究所成立，吴仲华先生任第一任所长，陈乃兴先生先后任副所长和第二任所长。两位老所长为中国科学院工程热物理研究所的创建和飞速发展，为努力提升研究所在国际学术界的位置做出了卓越的贡献。另外，陈乃兴先生曾担任清华大学、中国科学技术大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等多所大学兼职教授，长期担任《中国科学》《科学通报》《航空学报》《工程热物理学报》《航空动力学报》等著名杂志的编委，担任过许多国际学术机构的评审委员和组委会主席等。

对于陈乃兴先生的主要学术成就和对科技发展所做出的重要贡献，以下分6个方面扼要概述。

1 对工程热物理基础理论的贡献

在叶轮机械学术领域中，吴仲华先生是全世界公认的学术大师，他创立的三元流理论和两类流面S1与S2交叉迭代的思想[1-2]为叶轮机械气动热力学的发展搭建了基本的框架[3-4]，而陈乃兴先生则是进一步完善和开拓这个基本框架的践行者、建设者和叶轮机械优化设计的领路人[5-38]。从这个意义上讲，吴仲华先生作为中国科学院工程热物理研究所的首任所长，陈乃兴先生接任吴仲华先生作为中国科学院工程热物理研究所的第二任所长众望所归。吴仲华先生为工程热物理界留下了《吴仲华论文选集》[4]这部不朽的巨著，陈乃兴先生则为工程热物理界留下了光彩夺目的3部著作[36-38]。需要特别说明的是，文献[36]是陈乃兴先生在76岁高龄时完成的英文版专著，这部长达445页的英文版专著凝聚着他半个世纪以来从事叶轮机械气动热力学研究的心血与经验。该书由英国剑桥大学Whittle实验室Denton教授作序，由国际著名出版社John Wiley & Sons出版发行，得到了国内外学术界一致高度的评价[39]。

为了进一步阐述陈乃兴先生对工程热物理学科基础理论方面所做出的贡献，再从以下3个侧面予以说明。

1.1模拟弯扭叶片复杂涡系结构

陈乃兴先生利用他自行研发的全三维黏流计算方法与程序，对弯扭叶片流场细微复杂涡系结构进行了详细的数值模拟，揭示了流场内各种二次流的生成和发展，以及由其衍生出的各种集中涡系的互相干扰，如图1所示；提出了采用叶片弯曲来控制各种涡系，尤其是通道涡系的稳定性，以降低流场内能量损失的方法。陈乃兴先生的这部分科研成果分别于1999—2001年间在2000年国际热科学与流体力学会议和国际ISAIF等国际会议上，以大会特邀报告的形式发表，相关内容可参阅文献[36]。

图1 涡轮叶片通道内复杂涡系结构Fig.1 Complex vortexes within passage of turbine blade

1.2非正交曲线坐标系下叶轮机械三维黏流基本方程组的张量表达

陈乃兴先生利用矢量与张量运算，建立了适用于非正交曲线坐标表达的叶轮机械三维流动求解的基本方程组，给出了方程组中黏性项、传热项、熵增、黏性力及其做功量和耗散函数等的矢量与张量的具体表达式及其物理含意，并建立了旋涡、速度矩和流线倾角的关系式等。该成果发表在《中国科学》杂志上[5]，并于1989年荣获中国科学院自然科学二等奖。

1.3叶片设计与优化的创新

陈乃兴先生首次提出了应用J形叶片、特殊马刀形叶片的优化概念、理论与方法。通过对流场的详细分析，发现了J形叶片、特殊马刀形叶片等具有比普通马刀形和直叶片更高的效率；首次详细分析并揭示了叶片轴向弯曲的机理，提出了叶片轴向弯曲能够控制附面层分离的重要概念。

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