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张国藩

张国藩,著名的教育家、力学家和物理学家。他在分子物理和原子物理以及湍流理论方面有独特的见解。他是中国高等教育事业,特别是工科院校教育事业的先驱者之一;也是中国科学工作者协会的发起人之一。他一生热爱祖国,追求真理,治学严谨,生活俭朴,是一位人民爱戴的教育家和政治活动家。另还有与之同名的还有中央工艺美术学院副教授 。

(1905-1975)物理力学家。湖北安陆人。1930年毕业于沪江在学,1933年获美国康奈尔大学理学硕士,1935年获美国及衣阿华大学工程博士。1935年至1952年先后在北洋大学、岭南大学等四校任教和系主任。1952年至1975年在天津大 学任教,并任副校长、校长和天津市副市长,市科协和市政协副主席,第一、二、三、四届全国人大代表,民盟中央 常委和天津市主委等职。主要从事湍流理论的研究。主张从物理方面研究湍流的本质,抵制国际上流行的湍流的困难 在于解纳维尔-斯托克斯方程的数学困难的观点;提出湍流温度的比拟概念,把湍流与分子运动论作比拟,论文见 《湍流的热性理》。该论文被研究湍流的国际著名学者英国剑桥大学教授巴切乐(G.K.Baehelor)的名著《The Theory of Homogeneous Turbulence》所引用。代表论文有:《一种湍流运动方程式》、《关于湍流阴力问题》,其中否定纳维尔一斯托克斯方程而提出自己的方程。其观点与当前国际上的观点一致,例如《A First Course in Turbulence》(MTT,1972年)。还在应用数学研究上发表了许多论文。

张国藩,字铁屏。1905年12月16日出生于湖北省安陆县北大乡大花店张家湾的一个中农家庭。战乱的年代和无保障的家庭经济环境,使他从小就养成了自立的个性。1914年,他入莲花庵私整小学读书。1917年,进入安陆县城英国教会办的崇文小学读书。在学校里,他早起晚睡,艰苦攻读。毕业时,由于考试成绩最优,他减费升入了该教会办的武昌博文中学。1925年毕业后,他留校任中学教员。

1926年,张国藩得到当时的中学校长丁克生(英国人)的资助,去上海沪江大学学习。资助有两个条件:一是在沪江大学学习物理、教学和化学,学成后回校任教一年;二是在沪江大学的费用作为借款,回校后从工资中分期扣还。按照契约的规定,1930年大学毕业后,张国藩返回博文中学教书。张国藩的青少年时代是在立志发奋苦读中渡过的。他不仅在校学习成绩优秀,课余时还大量阅读诸如农学、心理学、伦理学、哲学和社会主义等方面的书籍。因此,他的思想是开放的、追求进步的。

1931年,张国藩考取了湖北省官费赴美留学。当时,正值日本侵略者强占东北、家乡遭水灾之际,张国藩满怀忧国忧民的激愤心情,进入美国康奈尔大学学习水利,同时兼学物理,决心以满腹学问报效祖国。1933年,他获得理学硕士学位,随后转入依阿华大学继续学水利,兼攻流体力学、空气动力学、航空力学。1935年获工学博士学位。

同年,张国藩回到祖国,将其毕生精力投入到教育和科学研究事业中。张国藩一生从事教育工作,为中国教育事业作出了贡献。自1935年回国以来,他先后任天津北洋工学院、上海沪江大学、广州岭南大学、陕南西北工学院、天津北洋大学、天津津沽大学、天津大学教授,并曾任西北工学院航空系主任、北洋大学物理系主任兼航空系主任。教过的课程有:理论力学、光学、流体力学、空气动力学、飞行力学、振动力学等。他在各大学任教时,还曾担任过各种学校行政职务,但他从未离开过教学岗位。在教学上他是非常认真的,常常亲自参加教学研究,亲自设计典型教学计划,在提倡“少而精”的教学基础上,又提出“要少到好处,精到妙处”的新思想。除讲授课程外,他还经常举办讲座,及时介绍和传播新知识。

在教学实践中,张国藩十分重视对青年教师的培养。在讲台上,他自己治学严谨,同时对他的助教也要求甚严。他要求他们听课、备课,还常常有计划地留出几章让助教来上课,他则在课堂上听其讲课,下课后再与其共同讨论如何改进教学。他常对青年教师们说:在学术研究上,没有“长”字辈和“小”字辈之分,所以,在教师之间形成了浓厚的学术气氛。张国藩还亲手创办了天津市物理学会、天津市力学协会,团结天津广大的物理和力学工作者一起从事学术研究和学术交流。在他的培养下,青年教师很快就成长起来。现在,这些青年教师中有不少人已成为学术骨干或是学校的各级领导。

晚年时期,张国藩积几十年的教学经验和科研成果,编著了《流体力学》、《振动力学》两部教材,曾被很多高等院校所采用。

个人简历

1905年12月16日生于湖北省安陆县。

19251926年任武昌博文中学教员。

19261930年上海沪江大学学习。

19301931年任武昌博文中学教员。

19311933年美国康奈尔大学学习水利和物理,1933年获理学硕士学位。

19331935年美国依阿华大学学习水利,兼攻流体力学、空气动力学、航空力学,1935年获工学博士学位。

19351938年任天津北洋工学院(今天津大学)教授。

19361937年任上海沪江大学教授。

19371938年任广州岭南大学教授。

19381946年任陕南西北工学院教授兼分院(七星寺)主任、航空系主任;1941年西北科学院成立后,任研究员。

19461950年任天津北洋大学(今天津大学)教授、物理系主任兼航空系主任;1949年至1950年,任教务长兼物理系主任。

19501951年兼任天津市教育局局长。

19511952年任天津津沽大学教授、校长。

19521975年任天津大学教授、副校长(至1957年);1957至1966年任校长。

1956年任天津市副市长。

1975年12月5日逝世于天津。

张国藩的科研成果主要集中在两个方面:一是对分子物理学和原子物理学的研究;二是对湍流理论的研究。

早在沪江大学学习期间,张国藩就开始从事分子物理学的研究,并取得初步成果。1930年,他发表了《物理常数和分子力》论文,提出了液体和固体的状态方程式

PK(V-V0)/V0=RT/(V十V0)这在当时是具有独创性的。

在此基础上,张国藩于1936年发表了《从压缩系数和膨胀系数求原子半径》、《从压缩系数和膨胀系数求分子半径》两篇论文,提出利用压缩系数和膨胀系数计算原子半径和液体状态分子半径的新方法,并且运用这种方法计算了20多种固体状态的原子半径、11种烷分子的长度和苯的厚度,其结果与用原子衍射法取得的结果相符合。

张国藩的硕士论文《液体分子聚集态的理论本性及其机构》进入了对液体聚集态的研究,在当时,这一工作对液态的研究起了一定的作用。此后,他的研究工作即转入流体力学方面。

在流体力学中,湍流的研究一直是个“老大难”的问题。说它“老”,是因为这一问题已研究了近100年;说它“大”,是因为湍流是最普遍的流动,是流体力学中最重大的问题;说它“难”,是因为虽然已经过近百年无数名家的研究,但至今都还没有解决问题。

当时,在学术上有一派人认为,主要问题是:在求解纳维尔-斯托克斯方程(Navier-Stokes,简称N-S方程)时,在数学上遇到了困难,因此,关键是如何解决N-S方程在湍流情况下的求解问题。

张国藩不同意上述见解。他认为,湍流之所以研究不出结果,是因为对湍流的物理机制没有搞清楚。他坚持必须从湍流的物理本质方面进行研究,以求建立新的方程。自1933年在美国攻读博士学位时起,张国藩就开始从事流体力学的湍流理论及应用方面的研究。1935年,他的博士论文《溪流中的落体及对湍流的影响》研究了落体落到一流体中后的状态及对湍流的影响。这一成果后来被研究流态化的人所引用。例如,在D.F.奥色麦尔(Othmer)著的《流体论》一书中曾提到这一成果,并认为这是最早的从事单体被流体挟带的相互效应方面的研究。中华人民共和国成立前后,张国藩主要从事湍流的基本理论方面的研究,并有不少独到的见解。这一时期,他发表的论文较多,其中,《湍流的热性理论》一文把湍流与分子热运动相比拟,提出了湍流温度的比拟概念,并对某些问题进行了计算,得到了与实验相符的结果。此后发表的论文还有《一种湍流运动方程式》、《关于湍流阻力问题》等。这些论文一方面论证了N-S方程不能用于湍流,另一方面又提出了自己的方程与方程解,形成了独特的学术观点。张国藩的这些学术思想和研究成果,有的被国际上研究湍流的著名学者引用于他们的著作之中;有的在想法和概念上与之相似。

张国藩在潜心从事湍流理论研究的同时,特别注意运用这一理论解决中国的实际问题。

1941年西北科学院成立,张国藩是该院的研究员,他结合当时中国地学上的一个十分严重的北部沙漠南移问题,对风沙进行了研究。他用流体力学的观点分析风挟沙的运动,写出《中国北部沙漠之南移问题》一文,对沙漠在风力作用下的扩大提出了科学的论据,并呼吁对沙漠扩大现象进行控制。这篇论文当时获得工程学会论文奖。但是,在旧社会,这个问题根本得不到重视和解决。中华人民共和国成立后,党和政府对北部沙漠南移的问题非常重视,建造了大面积的防风固沙林,并取得了显著的成效。

1964年,张国藩在天津大学任校长,当时中国制定了十年科技规划,其中力学部分的中心问题之一是湍流理论的研究,张国藩担任此项目的学术带头人和项目负责人,同时,他更重视其应用方面的研究。天津大学是一所工科学校。张国藩认为,工科学校更应当去解决工程技术中的实际问题。例如,气力输送、流态化等。他还给这些研究内容取名为“颗粒-流体力学”,他认为从事这些方面的研究,其研究结果能立即用于生产并促进生产的发展。20年后,国际上在这方面的研究得到蓬勃发展,由此证明了张国藩的远见卓识。

要搞应用研究,首先要抓实验工作。张国藩说:中华人民共和国成立前没有条件搞实验,所以老一辈大都搞理论研究。他们到国外留学也只好学理论,因为回国后就没有条件做实验了。这样,外国人实验做到东,中国人的理论就跟到东;外国人的实验做到西,中国人的理论就跟到西。这样,中国人的科研就不能独立,就具有依附外国的半殖民地色彩。现在,中国在政治上、经济上、军事上都独立自主了,咱们的科学事业也要独立自主。科学事业要独立,首先要建立自己的实验基地。因此,就要下决心抓实验,要从大的方面来想这个问题。他是这样认识的,也是这样用自己的行动去努力实践的。

张国藩对湍流理论及其应用的研究工作,持续了近30年,即使在他行政领导工作极为繁重和社会政治活动十分频繁的情况下,他也仍然利用一切可以利用的时间,孜孜不倦地进行研究和探索。学术界对他这种严肃的科学态度和坚持不懈的献身精神都交口称赞。钱伟长说:“张国藩同志是一位诚实的科学家。认真、勤奋,在湍流理论方面做了大量的工作,受到同代人的敬佩,堪为青年人的楷模。”

张国藩是一位爱国的知识分子。1931年,张国藩离家去美国留学。临行登船时,他写下一首感怀诗,诗中写道:

三城侵浩海,楼阁满虾鱼。

东北进强虏,边疆无人戍。

男儿欲何为?负笈学大禹。

表述了他忧国忧民的沉重心情和立志学成归来报效祖国的志向。在《我的自传》中,张国藩记述了他在美国留学期间遇到的令人气愤的事情:他初到美国,在一次乘火车去芝加哥的途中,竟受到警察的错捕而无故被关押了一天;九一八事变发生时,由于蒋介石采取不抵抗政策,放弃了东北,他因此曾受到美国教授的嘲讽,深感由于自己的国家不强大,所以中国人处处受人轻视和欺侮。为了表示愤慨,张国藩不用英文而用世界语拼音“DjangGwoh-Fan”来书写自己的名字。他所在的依阿华大学(Iowa)的中国留学生,还把Iowa音译成“爱我华”,以此表示爱我中华之意。张国藩回忆说:“这些做法现在看起来很幼稚,但它反映了当时中国青年的爱国思想。”

以后,在抗日战争的烽烟炮火中,张国藩学成回到了祖国。当时他辗转于后方从事教书与科学研究,但是,国家的灾难和人民的困苦呼唤着他。在一二九运动期间,他参加了“救国会”活动。1944年,张国藩参加发起组织“中国科学工作者协会”,进行坚持抗战、反对投降的宣传活动,并担任了西北工学院的科协小组长。

1947年,张国藩参加了北洋大学的“反饥饿、反内战”运动。上街游行时,身着长衫、鼻架眼镜的张国藩和进步同学一起走在队伍的前列。张国藩还和北洋大学师生共同发起了拒绝接受美援救济品的运动,表现了中国知识分子的民族气节。

在天津解放前夕,张国藩接受地下党组织的委托,千方百计地保护进步学生,并挫败了国民党政府胁迫北洋大学南迁的计划。中华人民共和国刚成立时,北洋大学一时无人负责。张国藩除担任教授、航空系主任的本职工作之外,又兼任教务长,实际主持全校的工作,迅速地恢复了该校的教学秩序。1951年,张国藩调任津沽大学校长,1952年中国院系调整时,北洋大学更名为天津大学,张国藩任教授,历任副校长、校长,为天津大学的建设与发展呕尽心血。

此外,张国藩还兼任过很多社会工作。1950年,由天津市市长黄敬和市委文教部长黄松龄出面,敦请他兼任了天津市教育局局长;1956年起,他又兼任了天津市副市长;还曾任第一、二、三、四届中国人民代表大会代表,天津市科协主席,市政协副主席,民盟中央常委和民盟天津市委员会主席等职务。

张国藩对所担负的各项社会活动都是尽职尽责、积极主动的。他思考问题周密,且多有创见。在领导民盟的工作中,他善于把党的统战政策结合民盟成员的实际,提出知识分子易于理解、易于接受的论点。例如,他提出:“民盟的组织生活要培养‘以文会友,以友辅仁’的风气。”他所说的文,是指业务,仁是指思想,主张通过业务交为朋友,互相帮助,共同进步。

“文化大革命”中,张国藩备受摧残和迫害,心情郁闷,健康状况日渐恶化。1975年12月5日,因患心肌梗塞病逝,享年70岁。

1Zhang Guo fan.Falling of bodies in a stream and the effect of turbu-

lence.ph.D.thesis,The State UniVersity of Iowa,1935.

2张国藩.从压缩系数与膨胀系数求原子半径.科学,1936,20(4).

3张国藩.应用关联系数时所当注意的几个问题.气象杂志,1937.

4张国藩.中国北部沙漠之南移问题.工程,1942,15(6):1320.

5Zhang Guo fan.A kinetic theory of turbulence.Chinese Journal of Physics,1948,7(3):176-191.

6ZhangGuofan.A modified metho do fite ration of the Picardtypein the solution of differ entiale quations.J.of FranklinInstitute,1948,246(6):453457.

7Zhang Guo fan.Solution of Prandtl’s boundary layer equation by a modified iter ation method.Science Secord,1948,2(2).

8张国藩.试用量子统计法求湍流能谱分布式.天津大学学报,1962(11)

9张国藩.一种湍流运动方程式.天津大学学报,1963(12)

10张国藩.关于湍流阻力问题.天津大学学报,1964(16)


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