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庄前鼎

庄前鼎是我国著名的机械工程专家、机械工程教育家,他创办清华大学机械工程系和航空研究所,从事机械、航空等方面的科学研究,为中国机械、航空工程的发展,以及人才培养作出了贡献。

庄前鼎(19021962),机械工程专家、机械工程教育家。

字开一,1902年出生于上海青浦县,自幼勤奋好学,做事专一。年事稍长,热衷于科学技术,崇拜牛顿,故取“牛顿”为别名以自勉。1920年考入上海南洋大学(即上海交通大学)机械工程系。从此他开始了为祖国繁荣富强而勤奋学习先进科学技术的历程。由于他学习努力,成绩优秀,成为该校斐托斐(PhiTauPhi)荣誉学会会员。1924年以优异成绩获得机械工程学士学位。大学毕业后,曾先后任交通部技术员及交通大学助教。1925年复,名列前茅,考取了清华大学公费留美生。

庄前鼎怀着工业救国的宏愿,为改变祖国贫穷落后的面貌,赴美留学、考察及工作,共达7年之久。他先在康奈尔大学研究院专攻机械工程,在学习期间被选为美国科学研究荣誉学会(Society of Sigma Xi,Alpha Chapter)会员,并荣获金钥匙,1926年获机械工程硕士学位。继入麻省理工学院(MIT)专攻化学工程,1928年获化学工程硕士学位。毕业后先在原校任助理研究员,后去酸碱厂、造纸厂、炼糖厂等厂实习,曾任波士顿斯威工程公司(Stone and Webster Eng.Corp.)原动厂工程师,1929年去底特律城爱迪生公司电厂担任试验工程师,1930年在芝加哥地区电厂担任效能工程师。

庄前鼎为了进一步了解美国一些大工厂的规模设置、产销情况、劳动组织、经营管理等情况,以供祖国振兴工业借鉴,曾于1929年夏自驾汽车,由波士顿出发,途经纽约、纽奥郎奇、培瑞尔汉、华盛顿、依赛卡、勃夫罗、匹茨堡、阿克兰、克利夫兰、最后抵达底特律,行程为万多公里,历时3周,重点参观考察了10余家著名工厂,如培瑞尔汉钢厂、尼亚加拉水力发电厂、阿克兰橡胶制造中心等。通过在美国工厂工作实践和参观考察,他认为美国工业确占世界领先地位,其所以强盛,主要是由于有一支精干的产业大军为基石,作为内政、外交、国防军事的坚强后盾。虽然它是一个先进发达国家,但其社会基础并不巩固,人民之间的贫富悬殊,一旦爆发经济危机,随之而来的将是百业萧条,工厂倒闭,工人失业,社会动荡,平民生活很不好过。我国具有数千年文化,地大物博,人民勤劳朴素,但多年遭受中外反动势力的压迫,长期处于贫穷落后的状态,素有“东亚病夫”之称。中国应该走什么道路才可达到民富国强呢?这是爱国知识分子经常思索的问题。

1932年美国经济危机终于爆发,金融紧缩,市场萧条,不景气的阴影笼罩全国。庄前鼎所在的芝加哥地区电厂亦不能幸免,厂方决定解雇全部外籍人员,但他们建议庄前鼎加入美籍,欢迎他留任。一心怀着报效祖国、服务桑梓的庄前鼎毅然决然弃职回国。在归国途中,他接到清华大学电报聘请为教授。从踏上清华园地就兢兢业业、专心致志地将所学知识贡献给祖国教育和科学事业,直至1962年7月2日不幸病故,他为祖国高校工科教育、科技发展奋斗终生,为后人留下宝贵的精神和物质财富。

1932年8月庄前鼎来到清华园,就精力充沛地投入了清华大学工学院机械工程系的创建工作,担任系主任。此时正值“九一八”事变,日本帝国主义武装侵占了我国东北地区,而且得寸进尺,窥视华北,威胁平津,时局紧张。他意识到建立这个系的战略意义,感到责任重大而艰巨,必须全力以赴。他夜以继日地工作,夜深了他那不到三米见方的办公室仍然灯光通明。经过他和教职工的共同努力,克服了重重困难,1934年夏机械工程系已初具规模。在物质建设方面,有机械工程馆(下设相当完善的热工试验室,装有各种热机和成套的蒸气动力发电设备)、航空馆(内有航空试验风洞)、金工、木工、锻工、铸工等工场。在人员配备方面,先后聘请到知名教授刘仙洲、李辑祥、王士倬、冯桂连等,1935年还聘请美国航空专家华敦德博士主讲航空工程讲座。在教学设施方面,一年级数、理、化课程请理学院教授讲授。四年级分为两大组,原动力(含汽车)组和航空组。以庄前鼎为首的机械工程系教师,承担机械工程原理、设计、实验和实习等教学任务。他们治学严谨,讲课深入浅出,条理清晰,富于逻辑性和启发性。对学生学习严格要求,培养学生具有扎实的基础和灵活运用所学知识的能力,理论联系实际。

在庄前鼎倡导下,机械系教师在教学之余,努力从事编辑、设计、制造等工作。争取为国家多做贡献,并可以丰富自己的理论知识,加强劳动实际能力。许多项目安排了学生参加,以利于学生的成长。根据国家的迫切需要,选定课题,填补空白。例如编订英汉对照机械工程名词,翻译外文书籍,研制抗日战士使用的防毒面具,试制取代人拉人不文明的“黄包车”的脚踏三轮车,以及推动航空事业发展的滑翔机的试制等。

筹建机械工程系,任务是艰巨的,有利条件是教师阵容强、干劲大、团结合作好。在庄前鼎领导下,他们不仅起到了开创性的骨干作用,为系里的教学和科研工作打下了良好的基础,而且在以后的工作中也做出贡献。当年系的规模设施,主要参考美国康奈尔大学机械工程系。但平地起家,经验不足,财力有限,百废待举,这是创业面临的实际困难。为了将每分钱都用在刀刃上,少花钱多办事,必须精打细算,使系的建设花费很低,为当时国内的其他学校无可比拟。到了1937年机械工程系为国家培养出了一批机械工程方面的专门人才,许多毕业生在各自工作岗位上做出优异成绩,成为企业、事业、科技及高等院校的骨干力量。这与庄前鼎辛勤劳动、艰苦朴素的工作作风是分不开的。

1936年,庄前鼎由南京国民政府资源委员会借调,担任资源委员会机器制造厂代理筹备主任,筹备主任是王守竞。这个厂的设计规模较大,建成后将以生产各种航空发动机为主要任务。翌年夏,因“七七”事变后,工厂由湖南湘潭迁往云南昆明,庄前鼎仍回校工作。在此期间清华大学机械系为当时航空委员会在南昌设计建造一座15英尺口径航空风洞(当时远东最大的航空风洞),但终因敌机轰炸频繁,该风洞竞功亏一篑。庄前鼎和航空组华敦德(美籍)、张捷迁教师等一同撤退到成都,筹建清华大学航空研究所。1938年重庆教育部命令昆明西南联大成立航空工程系。为集中人力物力,通力合作,在庄前鼎领导下清华大学航空研究所在昆明正式成立,他任研究所所长兼航空工程系系主任。1939年航空研究所在昆明白龙潭建造5英尺口径航空风洞(与留在北平清华大学机械系航空组建造的全国第一座5英尺口径回气风洞相似),而其长度则展至70余英尺,在调试范围及调节灵敏性方面都有所改进,1940年建成投入运行,它就是当时国内唯一可用的航空风洞。

在抗战大后方昆明,并非能安心从事教学和科研工作,经常遭敌机空袭,逃警报,加以物价一日数涨,生活极端困难。尽管工作和生活条件如此恶劣,庄前鼎克服了种种困难,领导研究所和航空系作了许多有价值的工作,例如:

(1)利用航空风洞进行机型性能试验研究,为航空委员会各飞机制造厂提供改良机型的技术资料;

(2)利用航空风洞进行空气动力学的研究,如试验机翼和飞机模型的专题研究,风洞内气流扰乱程度的研究,以及一些纯理论性的研究;

(3)研制气象测量设备,进行高空气象方面的研究工作,得到气象界好评;

(4)飞机结构材料方面的研究,包括金属、非金属、原材料的生产、制造加工、性能测定等,以求飞机制造材料能自给自足;

(5)研制滑翔机,推动滑翔运动;

(6)培养航空专门人才,研究所与航空系密切合作,所内主要研究员为系里开课,并安排学生利用所内设备进行实验,从而保证毕业生质量;

(7)举办试飞员培训班,毕业生分配到部队飞机修理厂和制造厂服务,很受欢迎;

(8)编辑方面的工作。结合实际需要,积极组织进行论著和翻译工作。有三类:①大学教科书和参考书,②航空知识通俗读物,③专题论文。这对提高航空工程理论水平和普及推广航空知识,都起到积极作用。

在那抗战艰难困苦的岁月中,庄前鼎从未动摇坚持在科教战线上,争取抗战胜利的决心,尽管重庆国民政府曾再三商量调聘,甚至以“委座促驾”来电催请,他以“敬谢不敏”复电坚辞。他常说:“我这辈子不做官,也不善于做官,我要以毕生精力踏踏实实地做些有益于国家、造福于人民的实际工作。

抗战胜利后,庄前鼎随学校回到北京清华园,积极投入机械工程系的恢复工作,同时也非常关心人民群众的健康。

1948年,他休假赴美考察。鉴于我国人民常以大米为主食,为保全营养,他认为大米的加工方法极有待改进。经过数月的专心研究,提出一种“健康米”的制造加工方法。

曾用英文写出《健康米》(Enriched Rice or Converted Rice)一文稿,准备日后宣传:呼吁政府大力投资建立“健康米”加工厂,以保持大米的营养成分,增进人民健康。

他在文章中指明:稻谷有一层很松的外壳和三层很紧的内皮。这四层表皮含有丰富的维生素B以及矿物质等。一般碾米厂把这四层表皮都给碾掉了,剩下只是含有大部分淀粉的洁白米粒,碾得越细,养分损失越大。“

健康米”的制造法是:把稻谷洗净后,放入一个真空容器内(抽出空气),然后将热水在极高压力下挤入这些米粒的空隙中,于是维生素B因已溶解于水中,便都集中到米粒中去了。然后再用蒸汽使之凝定。待谷粒干燥后,碾去皮壳,便得到完全保持营养素的白米了。这是增进大米营养价值的简便方法,对人类健康大有裨益。

庄前鼎还对农作物大豆(俗称黄豆)很感兴趣。他指出大豆是我国培植最古老的农作物之一,无论就耕种面积和总产量而言,我国都占世界首位,在国际贸易上是换取外汇的重要农产品。它的经济用途极广,在工业各部门中得到广泛利用,而它的营养价值也是异常丰富的,含有40%的蛋白质,30%的脂肪,以及维生素A、B、C、D和矿物质等,它所含蛋白质可与肉类、乳类、蛋类相比拟,但价钱则便宜得多,是一种理想的大众食品。庄前鼎在教学行政工作繁忙的情况下,挤出时间在1961年国际劳动节前夕,撰写《大豆的营养价值》一文初稿,为纪念清华校庆五十周年,为促进民族健康而作。

庄前鼎关于“健康米”“大豆价值”的见解,对国计民生至今仍有重要参考价值。

我国主要能源是煤炭。作为一个受党和人民器重的科学家,抱着科研应为生产服务的愿望和对祖国社会主义建设的责任感,庄前鼎于1956年开始,在繁忙的教学行政工作中进行了中国煤分类的科学研究。这是一项对国民经济有很大价值的科研项目。他翻阅了近百年国内外有关煤分类法的文献,并密切地与生产部门联系,取得了大量数据和图表资料,经过一年多时间的顽强钻研,终于撰写出《煤的特性的揭露及其在工业上的应用》论文,并提出了中国煤工艺技术分类及国际煤分类方案的建议。此项科研工作报告发表后,不仅在国内引起科研单位和生产部门的注意,而且在国外也获得了重视和好评。庄前鼎是民主同盟会会员,曾是北京市第四届人民代表大会代表,清华大学校务委员会委员,中国机械工程学会常务理事,《中国机械工程学报》主编。

1957年庄前鼎代表中国机械工程学会出席罗马尼亚工技科协全国代表大会,在那里他的论文受到与会的几位英、德专家的称赞。同年他参加中国科学技术代表团去苏联莫斯科与重型制造机械研究院商谈科学规划时,把这篇论文与苏联科学院可燃矿物研究所煤的特性专家泰茨(Taǔs)讨论时,立刻引起他的兴趣和重视。泰茨高兴地说:这是几十年来的新发现。他还花了很多时间,用顿巴斯和库茨涅兹出产的煤的原始数据,把庄前鼎提出的新分类法作进一步校验,结果证明这一分类法不仅适用于中国煤,而且也可以将苏联煤进行分类。经泰茨推荐庄前鼎在苏联科学院门德列夫俱乐部作了报告,引起听众很大兴趣和好评。

在苏联逗留期间,庄前鼎在列宁图书馆作了进一步的研究工作,相继用苏、英、美、德、日和波兰等国家的数据,来对他建议的煤的分类法进行校验。结果证明,这个煤的分类法也是完全适用的。同时他在理论上又有了进一步的发展。他发现煤的简化特性系数不仅代表了煤的全部特性(粘结性、挥发件、发热量、……),同时还代表煤分子结构的质量指标与煤的岩相组成的相对数量。这些论点,他后来用国际上公布的实验数据,予以理论分析得以证实。这对煤化学的科学理论是一个很大的贡献。

庄前鼎关于煤的科研,不但在科学上有很大价值,找出百年来国内外学者尚未得出的结论,并且对我国工业生产也能起很大作用。经过他的研究,找出煤的奥秘“煤的简化特性系数β′”,利用它来进行煤的分类,只要有原始分析数据,就可以用他所建议的双坐标图进行分类。这样可以节省好多试验粘结性的工作,同时便于勘测矿产、计划煤的开采与选择适当的煤,如炼焦煤、液化气化煤与动力用煤等。这对国民经济有很大的意义。

庄前鼎的这个科研初步成果,受到国内外不少同行者的欢迎和赞赏,也激励他向更高领域攀登的雄心。一年以后,他又提出一篇论文《运用国际数据来证明煤分类新方法的正确性》。在前后两篇论文中,他指明了①简化特性系数(β′)今后将称作燃料特性系数,代表着煤分子结构侧链质量的新指标;②代表着煤中镜煤含量与非镜煤含量的标志;③简化特性系数反映了煤的物理与化学特性。

科学研究没有平坦的大道,需要艰苦奋斗,锲而不舍,而且往往是在不同观点的剧烈争鸣中,经过反复推敲,反复实践验证,才使问题得到澄清,而逐步发展起来的。庄前鼎最后一篇论著《燃料特性系数在动力资源的可燃矿产领域中的作用及其应用》一文,雄辩地说明了燃料特性系数β′代表着动力资源可燃矿产的质量指标(包括煤炭,油母页岩,石油等),并可以用纯燃质碳素C′作为横坐标及燃料特性系数β′作为纵坐标来分清全部可燃矿产,进一步证实了简化特性系数β′代表着煤的一切特性,包括粘结性、结焦性、膨胀性及其他物理化学性质等。这个指标具有比较完整性,揭露了煤的大部分秘密,既可以用来划分细类,也可以用来解释煤的一切特性的差别。这篇论文还强有力地证明了作者一贯所持观点及中国煤分类新方案的正确性。

正值庄前鼎在煤的分类科研工作取得突破性进展,准备再深入探讨扩大研究成果的时候,万恶的心脏病突然夺去了他的生命,于1962年7月2日他匆匆地离开了人间,年仅60岁!他还有许多想做的事情没有做完啊!

1902年3月18日 出生于上海青浦县。

19201924年 上海南洋大学(即上海交通大学)机械系,获机械工程学士学位。

19241925年 任交通部技术员,交通大学助教。

19251926年 美国康奈尔大学研究院获机械工程硕士学位。

19261928年 美国麻省理工学院(MIT),获化学工程硕士学位。

19281932年 麻省理工学院助理研究员,波士顿斯威工程公司、爱迪生公司、芝加哥地区电厂工程师。

19321937年 任清华大学教授,兼机械工程系主任。

19371948年 任清华大学教授,兼清华大学航空研究所所长,西南联大航空系主任。

19481949年 赴美考察。

19491962年 任清华大学教授,兼机械系动力系系主任。

1962年7月2日 逝世于北京。

1 庄前鼎.Efficiencies of Ottoand Diesel Cycle.康奈尔美国机械工程学会学报,1929(9).

2 庄前鼎.美国发电厂组织及工作概况.中国工程师学会学报,1932,(6).

3 庄前鼎.美国电气事业之统计概况.中国工程师学会学报,1933,8(4).

4 庄前鼎.国外大电厂(美国芝加哥地区发电厂)报告.中国工程师学会学报,1933,(4).

5 庄前鼎.电厂锅炉给水问题.中国工程师学会第三届年会论文.1933,8.

6 庄前鼎.酒精代汽油问题.清华周刊,1935.(4).

7 庄前鼎.国立清华大学新电厂.中国工程师学会第五届年会论文.1935,8.

8 庄前鼎.毒气战争.清华周刊,1936(4).

9 庄前鼎.美国国家航空顾问委员会的历史与发展概况.航空杂志,1937,(9).

10 庄前鼎.飞机炸弹威力的理论计算.中国工程师学会第10届年会论文,1940,10.

11 庄前鼎.清华航空研究所工作报告.1945.

12 庄前鼎.电厂燃煤计算图解法.机械工程学报,1955,(2).

13 庄前鼎.中国煤工艺技术分类及国际煤分类新方案建议.清华大学学报,1957,(10).

14 庄前鼎.运用国际数据来证明煤分类新方案的正确性.清华大学学报,1958(1).

15 庄前鼎.燃料特性系数在动力资源的可燃矿产领域中的作用及其应用.清华大学学报,1962.7


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