2012年陳耀松教授（1928年12月-)在中國科大作報告；圖源：北京大學校友網

導讀：

2月25日，以北大流體力學家陳耀松的文章北大教授陳耀松：我的黃金三十年（上）開篇，賽先生與陳耀松團隊共同啟動《技術科學論壇》專欄，希冀召集、團結國內更多技術科學工作者，特別是年輕一代，投身於技術科學快速及可持續發展的事業中，為解決國家重大戰略需求中的工程技術難題獻策出力。

今天發表《我的黃金三十年》（下），歡迎關注、留言、轉發。

陳耀松 | 撰文

1984年—2014年是我人生中的“黃金三十年”。前十五年，自我1984年從國外（美國MIT）學習歸來開始算起，到1999年我71歲退休結束。這期間，除了承擔校內的教學任務外，我還做了一些技術科學方面的工作，主要是在科技界和教育界推行計算機化，推動錢學森先生的“力學必須與計算機計算相結合”的戰略安排。退休後十五年，從2000年開始算起，到2016年我最後一位博士姜哲完成學業。退休後，我依然做課題、帶學生，以CFD（計算流體力學）方法為主，承接科技生產中遇到的計算難題，輔導學生完成課題，在實踐中培養學生的能力。在承接實踐專案的過程中，一般都有新的困難要解決，解決困難的過程中收穫的經驗，我和學生寫成論文去發表和交流。

下篇：

技術科學工程化實踐（2000-2016）

從2000年開始到2016年我的最後一位博士姜哲完成學業，是我黃金三十年中的後十五年，此時我已退休。在這後十五年中，我以CFD方法為主，輔導組織學生承接科技生產和工程建設中遇到的計算難題，培養學生面對新挑戰、解決新難題的能力。由此收穫的經驗，我們寫成論文去交流和發表，並聯合“甲方”即專案來源方共同申報研究成果獎，這為大批師生在發展和掌握技術科學方面積累了豐富的實踐經驗。

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一、退休後的研究隊伍和課題來源‍

退休後，我為何依然致力於推廣和實踐技術科學？

1998年清華校慶，剛到二校門，王義遒副校長從清華西門走來，相見第一句：“老陳，你能不能暫不退休？”他咋知道我到年齡了？1952年院系調整時，我倆都從清華調整到北大，但不在一個系，也不是一個年齡段的人。到北大後，他當領導（常務副校長），我是小老百姓，交集在何處？想必在三線的時候，我是全校批判重點，大字報都歸我。我不認得他，他可認得我。從三線分校遷回北京後，我們力學系歸他管。我對工作意見提得多，他沒法辦，少不得要琢磨我這個人，所以才知道我該退休了。

那年我正70，趕上改革開放有點自由，我得乘機再多幹兩年，就脫口而出：“好啊，我的研究生還未畢業呢！”其實，何止是研究生的事兒，當時改革開放，各業興旺，工作多了，需要解決的問題也多了。經常有老朋友給我介紹工程問題，要是能參與其中，特別是國家迫切需要解決的技術科學問題，豈不是改革開放以前夢寐以求的好事？現在機會來了，我年齡又到了，能再給我“寬限”幾年多好！校長替我想到了，但說說容易，要在批准我推遲退休的檔案上簽字就難了。當時以各種理由要求推遲退休的教員太多了，要批了我，別人呢？

王校長一陣思考後，簽下檔案，增聘我一年。其實對我來說，退休後唯一的變化，僅在於不能再招研究生了。結果增聘半年時，正逢暑假招新生，我發現自己的名字已從導師名單上刪除了。總之，白高興一場。但憑心說，王校長、林（建華）校長跟系主任蘇先樾教授商量，“能否你們出面招生，招了請陳老師指導？”校長的辦法比較高明，我退休時，幾位領導都在千方百計為我找“生源”，除了兩名特批自費博士生外，王校長還主動找幾位有招收研究生資格的同事，如陳國謙、李植，還有轉任院領導的孫智利等，都將以CFD名義招來的研究生給我帶。就這退休後十五年，進來我CFD組的研究生不斷，而指導的導師除了我，還有從計算中心轉來的我組的老學生安亦然（以前跟我讀完的CFD研究生），以及那幫高年級師兄。我安排給新生的課題大多由老生輔助，師兄們自然成為第一輪“導師”。

以上是我退休後這十五年的師生隊伍組成。現在來講我選擇的課題“計算流體力學（CFD）”。其實我做的是力學，至於為什麼選力學，我寫過短文《力學、力學家與資訊時代》。我上學，學工科、選力學專業，最後嚮往技術科學，與家庭出身、戰爭、科技、時代等因素有關，不細講了。

1948年，我轉學考入清華土木系，除英語外其餘滿分。當時考的題目多數是力學類，所以我自以為我的力學水平不差。因為是讀完三年再轉學，許多課都免了，空閒時間多了，我就去科學館旁聽低年級的數理課，比如閔嗣鶴先生的高等數學和周培源先生的理論力學。聽後才知道，原來我熟悉的那些公式是有前提的。要用它們，必須先問“連續性”和“慣性系”等。為此，我重新自學範氏大代數、柯朗微積分。考為研究生後，我又選了彭桓武的數理方程和江澤堅的複變函式。聽得入神，數學真妙！

以後凡是要動手做的事情，我一定先“算”。譬如，我曾參加攝影組，興趣主要在照相機。工農兵學生要畢業了，系領導要我為大家照相。當時只有135相機和膠捲。畢業照要求“大腦袋”，正好黃築平老師從家裡帶來幾個長焦鏡頭。我用舊塑膠管，按鏡頭焦距割斷，接在相機的機殼上，正好用於拍畢業照。完成底片後，尚需每人給五張。當然不能深淺不同，我就單獨設計一個電子曝光定時器。我又從照相器材店買來相紙邊角料，塞進一張按五下，然後膠捲進一格，再按五下。相紙經顯影定影后發給同學，每人一條。照相能成功，處處要計算。塑膠管長度要計算，定時器內的電阻電容搭配要計算，任何一點“失算”都會導致失敗！

除了做事前喜歡先動腦計算以外，我還始終保有強烈的好奇心。只要遇到不甚瞭解的新事物，我便暫記在心中，以期佳遇。“想不通”，數學上叫不“閉合”。越是生性好奇的人，想不通的事就越多。當遇到一件新鮮事物時，我總想知道原因，好奇必然好求。後來做了導師，我總建議學生：“當你工作累了，要出去休息前，你一定選個尚未想通的問題再走。吃飯想，走路想……”當然，就想那些與力學有關的問題。

有時一個很小的問題，我也會記很久。當年出國，看到多數中年婦女愛穿高跟鞋，鞋跟不是很高，但非常尖，“應力集中”，這要是被踩到，可受不了。後來回國發現，國內婦女也愛穿高跟鞋，只是後跟更為寬大。我心想，這鞋一定很重，掛著兩個“秤砣”走路不累嗎？但我又不敢問，就成了一個疑問留在心中。再出國時，我逛廉價廣場打發週末，遠遠看見地上有兩堆中國製造男女鞋，一刀兩雙，隨便挑，趕緊拿起一雙高跟鞋看個究竟。啊，原來這“大後跟”就是熱水瓶上的軟木塞，很輕，難怪沒有女同胞喊重。

每次破解難題都能讓我感到興奮，而且說不定今後什麼時候就能用上。在三線時，學校附近有多處正在開發的地下工程，都要用到爆破。袁老師常帶著儀器去測爆破時的震動強度。那次是813工程，與四川開放的814工程一樣，要用炸藥在山中開挖一個非常大的“廣場”。測振電子儀器本身非常精巧，受不得強烈震動，咋辦？當時我即建議，用兩隻大車輪內胎，充上一半氣放在地上，上面鋪一塊平板，放電子儀器，果然有減震作用。我這想法從何而來？還不是夏天常見孩子圍著一隻輪胎在水潭中嬉鬧，當時就聯想它的多用途。

我經常用舊相機照特種相，譬如，攝製衝擊波的閃光照相，我就用舊相機機殼和鏡頭，兩者之間用一段單獨設計加工的塑膠管連上，效果很好。要做到這點。必須精通照相機幾個部分的工作原理到能精確計算的程度。其他的科技理論計算也一樣，大型的計算，必須應用商品程式。如果各處都從頭做起，就沒法完成任務，工作量太大了。但你必須懂得商品程式每一塊的功能和它的侷限性。

在解決問題時，如果不能一口氣算成，就分析矛盾在哪裡？先設法把他解決，其他部分照用。比如，我們在協助計算低溫等離子注入器時，發現計算電磁流體力學的軟體CFD-ACE+不容許計算區內有導電體。可是這個軟體還要用，就只得算前按“趨膚效應”的理論修改這導體。還有一次，遇到能計算多相流的軟體算不了水中噴氣時，我們按水的真實彈性將程式內的引數作了修改，結果就算成了。

這些都是我自己在技術科學上的一些實踐經驗。凡是跟我學的學生，在起步階段都會“這一套”，此後不少人都有很大的成就。在國內倡導發展技術科學的代表人物是錢學森，它發軔於“應用力學”，他說“應用力學就是用數學幫助解決工程中的問題”，對這句話可以有不同的理解。以我個人的實踐經驗和對行內狀況的瞭解，以工程需要來找數學方法是正道。要不錢學森怎麼會說“做二級近似是傻瓜”。所以，上技術科學課，數學做到能解決問題的地步，就可得滿分，餘下的是“電子遊戲”，可以做，但不計分。

總之，要想做好技術科學，至少需要掌握在物理界已經掌握的數學方法，才能解決一般工程中遇到的難題。

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二、攻關國防專項課題

這後十五年中，我組完成了幾個重要課題。

計算流體力學（CFD）這一專業首先服務於軍需。北大清華歸北京市委管理，與軍方接觸機會少，師生教研的論文課題大多隻得從文獻中找。改革開放時，領導明確提出“寓軍於民”，但長期形成的人際關係不是一紙命令就能改變的。而我個人曾有三年在航天部工作的經歷，因此結識了幾位軍工老人，在“寓軍於民”的名義下，透過他們幫忙聯絡，獲得過幾個軍工課題。

1. 協助西安試飛院完成客機資料計算

最重要的一件是TU-204客機的計算工作。當時，西安試飛研究院從民航轉手得到數架俄羅斯研製的雙發動機中程客機TU-204，需要改作軍用。但沒有相關的技術資料，要改造就必須先補充這些資料。西安試飛研究院周自全副院長提出，由國人自己來算。他擬在北京設定科研合作站，利用北京的高校人才促進院方的科技水平。而軍方堅持委託俄羅斯的生產方來算。由於改造經費由軍方提供，只好按軍方意見辦，為此花一千萬元美金委託俄方完成。只是，周院長從試飛院拿出一百萬元人民幣委託北大也來算。雙方計算都完成，放在一起比較，結果是我們的計算勝過俄國。周院長的設想是利用北京的人才促進我國自己的科技水平，這看來更合乎國情。（具體情況參見“賽先生”：《北大力學老教授的“藍天一夢”》一文）。

這樣的情況後來在高速列車計算中再次碰到。國家要進步，首先領導要有自信，否則何時能獨立！

2. 新型導彈出水動力學研究

2002年，一款正在研發的新型導彈遇到了出水破損問題，原因不清。縮比模型試驗進行多達1000餘次，仍無所得。為此，急需數值模擬專家的幫助。國家最大的氣動力學研究中心-29基地，主要職責是研究航空航天中的流體力學問題，對潛射導彈出水破損這一問題表示無能為力。航天部科技委主任莊逢甘教授建議將此項數值模擬研究委託北大進行。問到我，我說：“我不一定能解決，但既然國家需要來找我，我一定幹。”

2002年7月28日，莊逢甘教授帶領一院一部四位老總來我實驗室，我們為這個任務開了一天的會。時任副校長林建華代表北大參加，陳十一代表北大數值模擬中心參加，還邀請了交大、中大的力學系主任，浙大和華工流體力學所所長，以及702所研究出水入水問題的權威陳九錫教授，國內水動力學方面的實力人物幾乎都來了，他們都答應“隨叫隨到”。

一天的會議主要是介紹靶場試驗情況，討論造成破壞可能的原因。最後，一院表示，可以出資先設立一個探索性的研究課題，兄弟院校則表示，可以派研究生來北大共同工作。當時林建華代表學校表示，全力支援這項國防研究工作。我說自己退休多年，沒有助手，希望學校接收剛回國的張武來協助我完成這一任務，林建華也當場批准。時過三個月，其間一院與我們聯絡多次，中山大學則兩次打來電話詢問是否需要派人，唯有北大毫無動作，引進張武的事情也因有人反對而作罷，莊逢甘先生建議開展的“出水問題”只能等待時機再啟動研究。後來張武落地上海，在高效能計算與應用、計算流體力學等方向開展教學、科研和人才培養等工作，組建了一支技術科學研究團隊，也成為我開展技術科學工作的合作團隊之一，最終一院的任務卻因力學系不支援而無法進行。

六年後，莊逢甘先生因為這一問題尚未解決，就委託中科院力學所鄭哲敏先生幫忙。力學所為此登報招聘二位博士。當時我組有五位碩士要畢業，我將其中兩人的畢業論文給鄭哲敏先生看，他看後第二天力學所就改招碩士，將這兩個學生要走。他們二人在鄭哲敏和梁乃剛老師的指導下做實驗和計算，提出解決方案，成功解決了這一國防課題，鄭哲敏大喜。2014年，他以“水下發射高速水動力學問題研究”為題在中國科學院院士大會數學物理學部第四屆學術報告會上進行報告，介紹了在前人工作基礎上發展而來的水下發射全過程的計算模型和模擬方法，並從空泡穩定性、空泡潰滅與流動控制三個方面報告了研究取得的成果。

3. 彈殼分離計算

2001年，我經毛鴻羽同志介紹，幫航天三院計算“干擾舵”一次成功。以前他們只會用炮風洞實測。當時，航天三院一位科技研究室領導張紅文在觀看時提出：“我請北航計算的彈殼分離報告，我看不懂，你幫我看看。”我看了計算程式後告訴他：“這程式是錯的”。北航根本沒有算出來。張紅文當即要我幫忙，說：“我只有審批20萬的權力。陳老師能否幫幫我”。他是北航畢業的，以前我們不認得。我說：“你要是相信我，我給你算，我不在乎錢。”

就這樣，我們開始協助航天三院進行彈殼分離計算。我發現，按三院彈殼分離計算，靠初速度分不開，不現實。我們反覆追問下，才知殼內預裝“高壓氣體”。更正後，內外熵不同，計算工作量大增。既然答應幫忙了，只好硬著頭皮算完。三院很重視，計算期間，三院老院長王建民帶著四位年輕小頭目親自來看。年輕人曾在內地實飛，憑以前的電影記錄說計算的分離過程與記錄相同。

這款新型導彈獲國家特等獎。大約兩年後，張紅文升任三院副院長，帶著裝備部毛凱部長（就是負責仿製馬斯克4000公里/小時的高速洞內火車的那位）及其他下屬來拜望李佩、鄭哲敏等老師，並隨身帶來長期合作合同的草稿（後因我得不到北大支援而擱置）。此後張紅文升任航天科工集團老總，接著又調任安徽副省長、合肥市委書記。他過年總給我發微信拜年。

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三、解決工業生產難題

1. 微電子（發展半導體產業的旁觀者）

微電子是一門新興學科，主要研究半導體器件物理、功能電子材料、固體電子器件，超大規模積體電路的設計與製造技術、微機械電子系統以及計算機輔助設計製造技術等，長期以來，我國微電子方面的研究一直以來與國際先進水平存在較大差距，為此，國內有條件的大學都非常重視該領域的教學、科研、人才培養和團隊建設。

北京大學在微電子研究方面已有較好的工作基礎，但也存在不少技術問題。想當初還是製作印刷電路板的年代，楊芙青院士陪同王陽元院士（微電子所所長）來找我。其中一個技術問題是加大壓力未能加快刻蝕，何故？當時我提醒，應該加大反應液體的濃度，而不是壓力。

我們參與微電子行業的研究，就是從與北方微電子集團合作開始的。當時北方微電子集團正在研製一種低溫等離子體刻蝕機，要先用高頻電流（微波）將氣體進行電離，生成等離子體，使用等離子體轟擊晶源表面，完成化學反應。

這個過程的數值模擬非常複雜，原本由北方微電子集團與清華大學合作進行，清華大學每次去北方微電子只講低溫等離子體理論，很少涉及如何進行模擬計算，因此一直得不到實踐所需要的尺寸。後來他們自己採購了國外專門進行這種計算的分析軟體，但仍舊算不好。

此事讓北方微電子上下非常著急，他們向軟體供應商求助，供應商建議他們來北大找我商討。我以前沒有接觸過這類問題，但願意研究。我帶領幾名研究生花了很大的精力研究國外軟體的計算方法，發現了這個軟體計算時採用的物理模型有它的侷限性。最後，我找到當年自學《電動力學》中的“趨膚效應”一節，對線圈進行修改，再算成功。北方微電子對此非常滿意，專程邀請北大共同申請獲得了國家科技進步二等獎。

2. 高速列車（跑龍套）

2007年我國決定自制高速列車。清華大學由顧秉林校長親自帶領十位院士十位教授去鐵道部爭取課題。當時鐵道部委託清華核算自制列車的空氣阻力。這一列車除“受電弓”按國內供電線增高外，其餘全部仿照“新日鐵”。因為清華沒有氣動力專家參加，會後便委託北航沈士團校長找我幫忙計算。

我組高速列車的氣動計算完成驗收時，鐵道部的老總第一句話：“我見到這個計算結果時眼睛一亮。”清華盧院士則說：“這樣的結果可以報獎。”話都“好聽”，實惠沒有。我們所計算的這“獨立設計”的高速列車外形實是仿照國外的，唯一改動的是“受電弓”。我們算出它的氣動阻力佔全車的14%。這個問題“嚴重”，鐵道部馬上找法國Alston公司修改，Alston轉託美國EXA軟體公司，而我正是EXA公司的Mentor，我們計算用的軟體正是EXA公司的產品。鐵道部不找我卻要找外國，原是“外來和尚好燒香”。整個計算給了50萬。清華扣了20萬交給北航，北航再扣20萬，餘下10萬給北大。參加計算的是我的“自費”研究生，我得為他們向學校繳納17.76萬學費。總之，除了兩頂“算得好”高帽子以外，我還得賠上7萬元。

這一課題算完，馬上就要“科學奧運”了，鐵道部直接找來北大，希望將津京高鐵的列車氣動阻力算一下。當時就有朋友提醒不宜“跳開”清華，正好我的兩個學生被力學所要走趕做軍工。我有理由解釋說“很抱歉，我沒有計算列車的人了”。於是鐵道部只好再找清華。

這次真是賠本掙吆喝，好在接著來機會了。聽說能申請開發高鐵基金的學校僅兩家，清華和浙大。浙大校長就住在我邊上，我瞞著清華去找他，“你們浙大出面去申請，拿大頭。我們拿小頭，技術我負責”。這是我組唯一一次拿到“大基金”，最後經費沒用完，餘下的上繳。

高鐵氣動力計算對當時的中國來說是新鮮事物，以前的火車速度低，對氣動外形沒有什麼特別要求。但是高速列車速度很快，超過了二戰時期的飛機，為了減阻，為了安全，必須對列車的氣動外形進行研究。當時國內依靠技術談判引進了第一批高鐵，其中包括基於德國技術開發的380A車型，這種車型時速可達380公里/小時，是當時國內最快的高鐵。國內主要的高鐵車廠希望能掌握這種車型的氣動特性，以及列車會車和進出隧道時的氣動力特徵。

透過這次高鐵氣動力的計算，鐵道行業瞭解了數值模擬對高速列車的重要性，後續一大批學校和科研機構採用這類方法對高速列車的氣動力進行研究，為我國高速列車快速發展提供了強大的技術支撐。（最近報道《全球速度最快的高鐵CR450動車：試驗時速高達450公里》的作者孫振旭即為當年參與研發的研究生之一。）

3. 電廠空冷

發展生產必須有電力。我國基礎差，只得火力發電先行。西北有煤但沒有水。中國突出的問題是以空冷代替水冷。我係孫天風教授為適應建設需要，發展了建築（實驗）空氣動力學。以後由顧志福教授繼承並開發了電廠空冷的實測模擬技術。當時，任務比較多，顧志福建議我們用計算方法來代替。

計算不必製作模型，當然快。一般建築空氣動力學我們會（我們曾與顧老師合作完成“首都博物館”的風力載荷計算）。至於電廠空冷，它的不同在於有個大型冷卻交換器，必須將它換成一個建築模組。它的外形與實物相近，內部透氣阻力以及“換熱量”的效果與交換器的出廠資料一致。顧老師專門來找的一個原因是，任務必須在一個月內完成。當時我與安亦然親自動手，按“冷卻器”的技術資料設計了一個氣動計算模型，在計算機上用CFD計算，達到冷卻器各項技術指標。然後，就按當年計算“首都博物館”那樣製作電廠網格，不過加上單獨設計“冷卻器”模組。這次的計算要求不是“力”，而是冷卻效果。在一定的大氣條件下，要是達不到冷卻指標，電廠將自動“跳閘”。在工業區如果遇到突然跳閘，各方損失將超過一個億。我們模擬計算的價值在於，根據氣象預報事先算出電廠是否會跳閘。如要跳閘，則事先通知大家提前做好斷電準備，以避免突然斷電的損失。

這項計算對我國西北電廠建設貢獻很大，算法系由我們設計。事後我聽說法國某大學曾承接由我國委託國外公司轉去的空冷計算。他們設計的計算模組是一塊實心的固體，物理模型不正確，無法得到正確結果。

當時國內電力企業對CFD和數值模擬的作用與功能還不是十分了解，但透過其他手段又無法滿足電廠工程設計和環境評估等一系列緊迫的需求，所以只好聽從顧志福老師的建議，找我組研發數值模擬。

國內第一家吃螃蟹的是山西的河曲電廠。當時他們要投建一期六臺60萬千瓦的發電機組，同時規劃二期六臺60萬千瓦機組，空冷裝置製造廠家為德國的GEA公司，它是當時世界上最大的空冷裝置製造商。河曲電廠設計規模大，比世界上第一家空冷電廠——南非的馬丁巴電廠大了一倍，且地處山區，周圍環境較之馬丁巴複雜很多，而馬丁巴電廠投產後就因為環境風冷不足造成電廠的跳閘事故。因此GEA要求工程設計單位必須做好環境風對電廠執行影響的研究工作，根據研究結果提出工程設計的各種引數。我們把事先研究好的物理模型應用到河曲電廠上，結果很成功，不僅獲得了電廠在全年各個季節不同溫度和不同風力風向作用下電廠汽輪機的執行背壓，而且為電廠的安全執行和成本控制提供了非常重要的技術資料。河曲電廠研究的一炮而紅，我們的名聲不脛而走。

由於當時正是國內經濟飛速發展的階段，各行各業對能源電力的需求特別旺盛，而北方缺水，各地又紛紛上馬電廠，空冷技術成了必需品，結果全國各地的電力設計院都來找我們對他們的設計工程進行數值模擬計算。包括西北電力設計院、華北電力設計院、中南電力設計院等，都經常把空冷電廠的數值模擬任務委託給我們，我們先後為陝西、山西、內蒙古、新疆等多地三十幾家電廠的空冷設計提供了數值模擬服務。這些工作不僅為電廠帶來了安全和經濟效益，更讓我們沒想到的是，由於我們的大量工作積累了海量的空冷裝置設計資料，已經大大超過了GEA等國外廠商掌握的數量。國內電力行業裝置製造商根據這些資料，設計出更適合中國地理環境的空冷裝置，這些企業逐步佔領了國內的空冷市場。在這個過程中，我們的技術科學研究與應用工作起到了很大的助力作用。