控制噪音，增多飛機的航路

涵薏

湍流是流體的一種流動狀態(tài)，普遍存在于自然界、工業(yè)裝置與日常生活中，江河急流、空氣流動、煙囪排煙等都是湍流。湍流研究是國家迫切需要解決的重大應用基礎課題，是影響國家航空、航天、航海工程成敗的關鍵，是國家重大裝備制造的基礎。

陳十一院士是中國著名的流體力學專家，在湍流領域深耕多年，以他為首席科學家的北大湍流團隊和中國商用飛機有限公司、清華大學與北京應用物理與計算數(shù)學研究所等一起承擔了工業(yè)和信息化部《民用飛機氣動力預測新方法和優(yōu)化設計》國家重大專項課題。在接受《大飛機》雜志特約記者采訪時，陳十一聊起了湍流方面的各種知識。

回歸路上的技術轉(zhuǎn)型

“湍流無處不在，我經(jīng)常開玩笑說，流體力學管著世界上四分之三的事情。坐飛機遇到氣流會發(fā)生顛簸，是湍流造成的;喝咖啡放入牛奶進行攪拌，也有湍流現(xiàn)象發(fā)生;航海時會暈船，就是水流發(fā)生的湍流現(xiàn)象……整個空氣動力學都涉及到流體力學中的湍流問題?！闭f起湍流研究，陳十一有些興奮，如數(shù)家珍般說了起來。

在陳十一眼中，除了固體和湍流沒有關系之外，液體、氣體和等離子體都與湍流有關。數(shù)學家用偏微分方程描述流體力學現(xiàn)象，物理學家關心流體力學中的統(tǒng)計規(guī)律，工程領域的科學家關心流體力學問題。

陳十一的恩師周培源先生是中國近代力學和理論物理學的奠基人之一，也是世界上四位最杰出的湍流理論先驅(qū)之一，是湍流研究中國學派的創(chuàng)立者。周先生先后提出湍流脈動假定，提出湍流統(tǒng)計理論需要考慮脈動速度方程，提出“先求解后平均”的湍流動力學途徑的想法，奠定了現(xiàn)代湍流模式的基礎。

當年，陳十一曾經(jīng)問周培源：“湍流研究能不能得諾貝爾獎？”周先生的回答是很難拿諾貝爾獎，因為我們無法定義什么是湍流，也無法定義什么是用湍流問題來解決的。后來，湍流領域的重大成果多次被提名諾貝爾物理學獎，諾貝爾獎也曾頒給過與湍流研究緊密相關的低溫超流問題與拓撲相變問題。

還有很多未解難題

湍流是科學家眼中的一個超級難題，是美國《科學》雜志公布的全世界最前沿的125個科學問題之一。

陳十一說，美國著名物理學家理查德·費曼曾經(jīng)說過，湍流問題是經(jīng)典物理學中最后一個尚未解決的重要問題。作為歷經(jīng)世紀的學科研究前沿，它對數(shù)學、力學、物理學、非線性科學和復雜系統(tǒng)等基礎科學有著深刻影響，是自然科學中重要的基礎科學研究。而在航空航天、地面和水下航行、流體機械、大氣和海洋、能源開發(fā)、建筑、環(huán)境科學和仿生學等眾多學科領域中，湍流同時是眾多工程問題共有的瓶頸性基礎難題。

2000年初，美國克雷數(shù)學研究所的科學顧問委員會選定了七個“千年大獎問題”，被稱為“世界七大數(shù)學難題”。陳十一說，七大難題之一納維葉-斯托克斯（Navier-Stokes）方程的存在性與光滑性，就是湍流方面的數(shù)學難題。起伏的波浪跟隨著正在湖中蜿蜒穿梭的小船，湍急的氣流跟隨著現(xiàn)代噴氣式飛機的飛行，數(shù)學家和物理學家深信，無論是微風還是湍流，都可以通過理解納維葉-斯托克斯方程的解，來對它們進行解釋和預言。雖然這些方程是19世紀寫下的，但我們對它們的理解仍然極少。

令人高興的是，中國學者在湍流方向科研上突飛猛進的勢頭。陳十一表示：“從2000年到現(xiàn)在，中國在SCI期刊發(fā)表的關于湍流的論文總量，已躍居世界第二名，中國的湍流研究正在大步前進?！?/p>

希望為大飛機作貢獻

陳十一在湍流研究上做出了一系列重要貢獻。20世紀90年代初，他打破了直接數(shù)值模擬中雷諾數(shù)的世界紀錄，相關研究成果被國際湍流界廣泛引用;首次精確計算出湍流的標度指數(shù)和對流擴散過程的標度指數(shù);提出了湍流中的映射封閉理論，成為燃燒和湍流擴散的重要理論與數(shù)值計算基礎;提出了自然界中大尺度旋渦形成機理，解釋了能量反積蓄;提出了湍流中的約束大渦模擬模型，得到了阻力和分離流的精準計算結(jié)果。

陳十一亦是格子Boltzmann方法的創(chuàng)始人之一，他和合作者在1992年發(fā)表的文章奠定了該領域的基礎，此方法已被廣泛應用于各類工程問題中，包括能源與環(huán)境工程、傳熱傳質(zhì)、燃燒與多相流動、地下滲流與電磁場模擬等。陳十一和他的團隊利用多尺度混合算法精確計算了有奇異性的流動現(xiàn)象，此項研究在微納米流體流動、燃料電池、生物流動系統(tǒng)等方面得到了廣泛應用。

2005年，陳十一在約翰·霍普金斯大學擔任機械工程系系主任。這一年，他收到北大邀請，希望他回國出任工學院創(chuàng)院院長。一面是國外安穩(wěn)的生活和家庭的團聚，一面是祖國的召喚和內(nèi)心的向往，幾番思量，陳十一毅然回國。

令陳十一深感欣慰的是，近年來，國內(nèi)在進行大飛機領域研究時，應用了他們科研團隊研究模擬湍流的數(shù)據(jù)模型。

陳十一告訴記者，未來他的科研興趣點有三項，首先是海上無人滑翔研究，他對海上波浪很感興趣，想了解湍流和海洋波浪是如何進行能量轉(zhuǎn)換的;第二是為什么飛機遇到氣流會抖動，抖動變形的固體在流體中的運動;第三個是波的問題，飛機起飛時會有噪音，我們能不能控制聲波、控制噪音，這樣就可以節(jié)約機場面積，增多飛機的航路。