当前位置:理事会 > 第九届理事会

周恒

发布日期:2010-01-01

(1929— )

周恒,流体力学家。他发展了流动稳定性理论,提出了线性化问题非中性情况的非线性理论新方法,推广了常微分方程中的Liapounoff方法,使之能用于连续介质力学;提出了柔性壁边界层流动稳定性的新计算方法,克服了过去理论工作中流固交界或固-固交界面处不满足全部连续条件的缺点,将流动稳定性理论用于研究湍流边界层中相干结构的形成机理。特别是发现了流行已30多年的弱非线性理论的重要缺点,并提出了改进方法。建立了壁湍流相干结构的理论模型。

  周恒,1929年11月21日出生于上海市,祖籍福建省浦城县。他的父亲曾任中学数学教员。1937年日本侵略军进犯上海,父亲率全家迁往南昌,后迁赣州、衡阳、桂林、贵阳及重庆等地。在颠沛流离的岁月里,周父告别了教书生涯,改行在电力公司做高级职员。他深知求学的重要性和艰苦性,不断督促周恒及两位姐姐努力求学,每到一地都尽力为孩子们选择最有名的学校就读。1945年抗战胜利,周恒转入重庆南开中学高二班,最喜欢的课程是数、理、化。动荡的岁月锻炼了周恒的自立能力,11岁就独自一人住在离家百里外的中学读书,并取得当时名额很少的奖学金。1946年读完高中二年级后,只用了两个月的时间自学完高三的主要课程,同年考上了北洋大学化工系。第一学年结束时,便获得奖学金。大学二年级时,听赴美归来的教师及工程师介绍美国兴建水利工程的情况后,十分振奋,感到水利是国家的命脉,就转到水利系就读。周恒学习从不硬记硬背或突击熬夜,而是力求理解。有了问题,尽力靠自己反复思索寻找答案。考试完后,常常自我检验,从而得知自己答案的对错。1950年,他以全班第一的成绩毕业于水利系。之后,留在北洋大学(后为天津大学)任助教。
  1952年,周恒被调到力学教研室工作。力学,是一门内容广泛的学科,对在大学只学了三四门力学课程的周恒来说是一个新的领域。他利用业余时间,按前苏联数学力学系的计划,自学了大部分课程,为以后的科学研究工作奠定了基础。周恒爱读书,读书涉猎范围很广,不仅看自然科学书籍,也看马列著作和中外小说。
  1980年,周恒担任天津大学应用力学教研室副主任,1983年升任力学系主任,被国务院学位委员会评定为博士生导师,他讲课深入浅出,组织严密,条理清晰,深受学生欢迎。他认为,人要成才,思想要活跃,不迷信教师和书本,也不迷信权威,要不断学习,更新知识,搞好教学又要搞好科研。
  80年代以来,已培养博士研究生11名,硕士研究生21名。1984年,他被任命为天津大学研究生院副院长,1986年任院长。他十分注重抓学风建设和学术梯队建设。在周恒和学校领导的共同努力下,研究生院的工作很有特色。在天津大学研究生院,1984年9月即在全国第一个倡导建立青年科学基金,着手培养学术带头人。早于1985年即严格实行了硕士导师资格审查标准。在掌握学位质量上,实事求是,严格要求,不徇私情。1991年,经国家教委严格审查后,天津大学研究生院又成为全国仅有的10所在职人员授予硕士及博士学位资格免检的院校之一。周恒现任亚洲流体力学大会委员会副主席,曾任中国力学学会副理事长。他担任《中国科学》、《科学学报》编委,《力学学报》、《应用数学和力学》常务编委,国家自然科学基金力学学科评审组组长,国家学位委员会力学学科评审组召集人之一,国家教委工程力学专业教学指导委员会主任委员,中国科学院非线性连续介质力学开放实验室及国家湍流重点实验室学术委员会副主任等职。他还任第八届全国政协委员和天津市政协常务委员。1993年被评为中国科学院院士。

最优控制 流动稳定性与气体轴承动力特性的研究

1955年下半年,周恒晋升为讲师。到北京听了一个学期(每周一次)钱学森所作关于控制论的讲座,受益匪浅,对控制论产生了浓厚的兴趣。这时候,教学任务较重,每周要讲10节课,同时,还进行了最优控制方面的科研工作。
  只有有了创造性,有了新见解,周恒才着手撰写论文。他的第一篇论文关于利用继电式元件改进控制系统的一个问题发表在《力学学报》上。这是我国发表最早的关于最优控制的文章,曾在1957年全国第一次力学学术会议上宣读。
  周恒的科研成就得到了老一辈科学家的关注。经钱学森同意,周恒每周3天到中国科学院自动化研究所,在钱学森亲自指导下从事科学研究工作。可惜只去了3个月左右,就因反右斗争,自动化所业务无法正常进行而中止。此后,由于政治运动的不断,被迫停止了这方面的研究。
  50年代,我国的流体力学研究基础薄弱,还远远落后于世界各国。60年代,英国的J.T.斯图亚特(Stuart)就提出了流动稳定性的弱非线性理论,得到了力学界的公认与推崇。流动稳定性是国际公认的一个十分难于攻破的理论问题。当时我国还没有人从事过这方面的研究,出国交流也是不可能的。
  1962年,周恒选择了流动稳定性这一课题。鉴于当时线性理论已基本完成,但还缺少数学上严格的根据,因此,周恒研究并解决了Orr-Sommerfeld方程这一非自伴随方程的特征值问题及展开定理论,证明了展开式是一致并绝对收敛的,又推广了Liapounoff方法,使之能用于连续介质力学。并用它证明了条件稳定性定理,为线性化理论提供了严格的理论根据。同样的问题,美国在1969年才分别由一些知名的研究人员加以解决。但对展开定理,他们只证明是一致收敛,没有证明是绝对收敛。
  1972年至1978年,周恒参与并实际领导了原六机部441厂二自由度气体动压轴承液浮陀螺仪的研制。当时,信息闭塞,设备落后,实验手段陈旧。在这种情况下,国内有4个单位从事类似的研制,但都遇到转子马达转动时陀螺仪整体自激振荡的难题。周恒从理论上分析了这一问题,认为这是由气体轴承的动力特性引起的。经过了理论分析及实际计算,提出了正确的轴承结构及参数,在理论和实践上解决了这一难题,受到原六机部科技局及其他研制单位的高度赞扬。其理论成果除在《力学学报》及国际会议上刊登或发表外,已写入与人合作的专著《气体动压轴承的原理及计算》一书中。周恒还与441厂技术人员和工人合作,大胆提出了新颖的结构设计,采用了当时最先进的材料,制成了能运行的陀螺仪样机。70年代中期,我国得到国外名牌惯性导航仪器的备件,1978年拟对其进行技术解剖,先用X光透射技术对其内部结构进行研究,发现内部结构与周恒设计的很相像,于是就把周恒和441厂的同志一起请到某处实地解剖,发现其结构设计的主要方面,几乎全部都与周恒等人的设计不谋而合。

1978年后,周恒回到基础科学系,又将主要精力转入流动稳定性的研究工作。1979年,49岁的周恒被破格晋升为教授。

非线性理论研究的新思路

  1980年,周恒开始担任应用力学教研室副主任。1981年,他以访问学者身份到英国帝国理工学院进行为期7个月的访问。在那里,他仅用5个月的时间,就完成了论文《亚临界情况下平面泊肃叶(Poiseuille)流动稳定性的非线性理论》,从而克服了已流行20年的弱非线性理论对线性化问题非中性情况时不好用的困难(在实际问题中都要遇到线性化为非中性的情况)。他提出了一种新方法,利用这一方法,周恒推广了在层流到湍流转捩问题中起重要作用的共振三波概念,使得过去虽有概念,但无法具体计算的共振三波演化得以计算,指出了过去认为平面Poiseuille流中不能应用共振三波概念的说法是不正确的,并与同事合作,利用平面Poiseuille流为例,通过实际算例,指出另一重要理论——二次失稳理论——和共振理论有可能统一起来。以上几项成果,曾获1985年国家教委科技进步一等奖和1987年国家自然科学二等奖。
  1984年,《天津日报》以显著位置刊登了周恒教授对流动稳定性研究有新突破的消息。我国著名力学家钱伟长说:周恒同志在非线性理论研究方面有新的突破,沿着这个方面可以做很多工作。英国皇家学会会员K.斯梯瓦森(Stewartson)认为周恒教授抓住了问题的中心,并取得了突破,因此,他认为中国在这一领域的研究达到了当时的国际水平。

向原弱非线性理论的挑战

  虽然周恒获得了国家自然科学二等奖,但他从来不愿多谈既得成就,不愿多讲个人艰辛,反而时时注意自己的不足,敢于否定自己,鞭策自己去攀登更高的科学台阶。
  周恒认为,获奖是过去的事了,现在回过头去看,那次获奖的科研成果的理论体系,还有根本性的缺陷。他在否定自己过去成绩的同时,实际上是在向已流行了30多年,世界公认的流动稳定性理论权威之一、斯图亚特教授提出的弱非线性理论体系的挑战。
  周恒在90年代初期,在将理论用以解决实际问题时,发现斯图亚特的理论体系存在着根本性的缺陷,无法得到与实验相符的结果。他经过深入研究后,提出带有根本性的改进意见,从而基本上纠正了理论上的缺陷。
  自1991年起,他与一日本学者通信合作以将理论结果与数值模拟结果进行比较的方法考验并改进其理论。1992年他应日本原子能研究院邀请访问日本时,又进行了大量比较,结果证实了新理论的正确性,也证实了原理论在收敛性上的重大弱点及新理论在这方面的优点。1993年周恒访美时在4所大学做了这方面的报告,美国同行都对新理论的结果与数值模拟的结果吻合得非常之好表示惊异。其学生将此理论应用于实际问题的研究上,也取得了与实验相符的结果。
  不断反思原来科研成就的不足,不因获奖而放弃新的追求,这是周恒致力科学的特色。
  周恒的主要成就与贡献还有:他把流动稳定性理论应用于湍流边界层内相干结构的研究,与他的学生一起分别提出了边界层底层和外区相干结构的一种理论模型。此项工作已发表了3篇论文,分别刊登在《力学学报》、《科学通报》和《中国科学》上。最近在这方面又有了新的进展,使得这一理论模型,可以在好几方面解释由数值模拟方法发现的相干结构的性质。这也是从来没有人做成功的。他指导研究生研究了柔性壁边界层流的稳定性,这一问题在减阻和减噪声问题中有重要应用前景。他提出了新的计算方法,克服了过去的计算方法中在流体与柔性壁交界处或多层柔性壁分层处位移及应力连续条件不能全部满足的缺点。他的这一工作几乎与国外的相同工作同时发表于不同刊物上。过去大家一直推测弱非线性理论的解收敛半径非常小,但究竟有多小,无人能给出估计。最近周恒在理论上得出了一个估计,证实了这推测是对的,并提出了改进的方法。1979年至1995年,周恒共在国内外学术刊物上发表了能反映其主要科技成就、有代表性的学术论文20余篇,出国参加国际学术会议并宣读论文多次。还应邀在第四届亚洲流体力学会及第六届国际流动模化及湍流测量会议上做报告。

热爱祖国 坦率认真 不徇私情

周恒在学术上一丝不苟,做人做事也极为认真,平易近人,作风民主,处处为人师表。
  周恒10次出国均如期准时而归。1989年2月至7月,他在美国布朗大学进行科技合作访问。1989年6月4日后,美国政府做出决定,凡在美的中国学者均可自动延长留美日期。美国国家基金会通知周恒,可以继续留美一年,并按要求的标准提供费用。但周恒谢绝了他们的建议,如期归国。当时记者要他谈谈情况时,他只是简单地说:这算什么!我只不过是遵守了自己的诺言。
  他为人坦诚,不记前嫌。过去不公正对待过他的人,业务上有成就,他照样鼓励支持,评职称时投票赞成。如果是业务成绩不突出的人,即使和他关系再好,也不留情面,评职称时也不因关系好而投赞成票。他直率地告诉本人,哪些学术方面还做得不够。在业务上,他向来是不徇私情,直言不讳。

他见到损害公物,影响环境卫生的行为,都忍不住要前去制止。他看到有人搬家时碰坏了楼梯和墙壁,便心疼地告诉有关领导注意此事。他对如何改变环境卫生等事,也常提出自己的建议。他恪守公德,待人热忱、直率,就像做学问一样认真。
  周恒在教学科研上的成就得到了尊重和肯定。1978年,他被评为天津市先进科技工作者;1984年被人事部授予有突出贡献的中青年专家的称号,同年成为天津市劳动模范;1985年获国家教委科技进步一等奖;1987年荣获国家自然科学二等奖;1990年,国务院确定他为领取国家特殊津贴的专家;同年还被国家教委和科委联合授予全国高等学校先进科技工作者的称号。他还荣获天津大学颁发的首批金钥匙奖。
  (作者:王振东)

简历

  1929年11月21日 出生于上海市。
  19461950年 在天津北洋大学水利系学习并毕业。
  1950年 至今任北洋大学、天津大学助教,讲师,教授,力学系主任,研究生院副院长,院长。
  1983年 任博士生导师。
  19811982年 在英国帝国理工学院数学系,从事研究工作。
  19851987年 被布朗(Brown)大学聘为访问教授,工程(研究)教授。
  1993年 任中国科学院院士。

主要论著

1 周恒.二自由度气体动压轴承转子陀螺仪和稳定性问题.力学学报,1979,11:83~87.
  2 周恒.气体动压轴承频率响应计算办法.力学学报,1980,12:356~362.
  3 周恒、赵耕夫.KB方法在流动稳定性问题中的应用.力学学报,1982,14:217~225.
  4 Zhou Heng.On thenonlinear theory of Stability of plane Poiseuilleflow in the Subcritical range.Proc,Roy,Soc,Lond:A381(1982),407~418.
  5 周恒.亚临界平面Poiseuille流三维非线性稳定性问题(1)共振三波概念.力学学报,1984,16:1~9.
  6 周恒、王亦工.亚临界平面Poiseuille流三维非线性稳定性问题——(2)共振三波的非线性演化问题.力学学报,1984,16:205~213.
  7 周恒.平板湍流边界层底层的不稳定波.力学学报,1988,20:481~488.
  8 周恒.流动稳定性弱非线性理论中幅值方程的一个必要的修正.科学通报,1990,16:1228~1230.
  9 Zhou Heng,You XueYi.On the problems in the weakly nonlineartheory of hydrodynamic stability and its improvements.ActaMechanica Sinica,1993,9(1):1~12.
  10 周恒、熊忠民.湍流边界层近壁区相干结构起因的研究.中国科学,1994,A24(9):941~948.
  11 周恒、马亮.湍流混合层中二维大尺度相干结构的非线性演化问题.中国科学,1995,A25(3):303~311.

                    

                   (转自《中国科学技术专家传略》)


 
copyright?2016版权所有 中国力学学会