周恆(院士、天津大學教授)

流體力學家 1929年11月20日生於上海，籍貫福建浦城。1950年畢業於北洋大學水利系。1993年當選為中國科學院院士。天津大學教授。

發展了流動穩定性理論，特別是發現了流行多年的流動穩定性弱非線性理論的根本缺陷並提出了改進方法提出了剪下湍流中的相干結構的較系統的動力學模型提出了一種控制超音速混合層以增強混合的方法，提出並證實了在超音速混合層及邊界層流中引入擾動後會導致小激波的出現發現了槽道流及邊界層流從層流到湍流的轉捩過程中導致流動剖面突變的機理從理論和實踐的結合上，解決了二自由度氣體動壓軸承陀螺馬達的自激振盪問題。 1987年獲國家自然科學獎二等獎。

基本介紹

• 中文名：周恆
• 國籍：中國
• 出生地：上海市
• 出生日期：1929年11月21日
• 性別：男

人物簡歷

1929年11月21日 出生於上海市。

周恆院士

1946-1950年 在天津北洋大學水利系學習並畢業。

1950年 至今任北洋大學、天津大學助教，講師，教授，力學系主任，研究生院副院長，院長。

1983年 任博士生導師。

1981-1982年 在英國帝國理工學院數學系，從事研究工作。

1985-1987年 被布朗（Brown）大學聘為訪問教授，工程（研究）教授。

1993年- 任中國科學院院士。

人物經歷

周恆，著名流體力學專家。祖籍福建省浦城縣。他的父親曾任中學數學教員。1937年日本侵略軍進犯上海，父親率全家遷往南昌，後遷贛州、衡陽、桂林、貴陽及重慶等地。在顛沛流離的歲月里，周父告別了教書生涯，改行在電力公司做高級職員。他深知求學的重要性和艱苦性，不斷督促周恆及兩位姐姐努力求學，每到一地都盡力為孩子們選擇最有名的學校就讀。1945年抗戰勝利，周恆轉入重慶南開中學高二班，最喜歡的課程是“數、理、化”。動盪的歲月鍛鍊了周恆的自立能力，11歲就獨自一人住在離家百里外的中學讀書，並取得當時名額很少的獎學金。1946年讀完高中二年級後，只用了兩個月的時間自學完高三的主要課程，同年考上了北洋大學化工系。第一學年結束時，便獲得獎學金。大學二年級時，聽赴美歸來的教師及工程師介紹美國興建水利工程的情況後，十分振奮，感到水利是國家的命脈，就轉到水利系就讀。周恆學習從不硬記硬背或“突擊”熬夜，而是力求理解。有了問題，盡力靠自己反覆思索尋找答案。考試完後，常常自我檢驗，從而得知自己答案的對錯。1950年，他以全班第一的成績畢業於水利系。之後，留在北洋大學（後為天津大學）任助教。

1952年，周恆被調到力學教研室工作。力學，是一門內容廣泛的學科，對在大學只學了三四門力學課程的周恆來說是一個新的領域。他利用業餘時間，按前蘇聯數學力學系的計畫，自學了大部分課程，為以後的科學研究工作奠定了基礎。周恆愛讀書，讀書涉獵範圍很廣，不僅看自然科學書籍，也看馬列著作和中外小說。

1980年，周恆擔任天津大學套用力學教研室副主任，1983年升任力學系主任，被國務院學位委員會評定為博士生導師，他講課深入淺出，組織嚴密，條理清晰，深受學生歡迎。他認為，人要成才，思想要活躍，不迷信教師和書本，也不迷信權威，要不斷學習，更新知識，搞好教學又要搞好科研。

80年代以來，已培養博士研究生11名，碩士研究生21 名。1984年，他被任命為天津大學研究生院副院長，1986年任院長。他十分注重抓學風建設和學術梯隊建設。在周恆和學校領導的共同努力下，研究生院的工作很有特色。在天津大學研究生院，1984年9月即在全國第一個倡導建立青年科學基金，著手培養學術帶頭人。早於1985年即嚴格實行了碩士導師資格審查標準。在掌握學位質量上，實事求是，嚴格要求，不徇私情。1991年，經國家教委嚴格審查後，天津大學研究生院又成為全國僅有的10所在職人員授予碩士及博士學位資格免檢的院校之一。周恆現任亞洲流體力學大會委員會副主席，曾任中國力學學會副理事長。他擔任《中國科學》、《科學學報》編委，《力學學報》、《套用數學和力學》常務編委，國家自然科學基金力學學科評審組組長，國務院學位委員會第四屆學科評議組力學學科評議組召集人之一，國家教委工程力學專業教學指導委員會主任委員，中國科學院非線性連續介質力學開放實驗室及國家湍流重點實驗室學術委員會副主任等職。他還任第八、第九屆全國政協委員和天津市政協常務委員。1993年被評為中國科學院院士。

主要成就

周教授在流動穩定性理論上，發展了弱非線性理論，找到了流行的弱非線性理論所給結果不能解釋實驗結果的根本原因，並給出了改進的方法。他把流動穩定性理論用於研究湍流相干結構，給出了相干結構的動力學模型，並對壁湍流近壁區相干結構的生成機理給出了一個基本完整而合理的圖案，研究了可壓縮剪下流增強混合的方法。周教授從理論和實踐上解決了二自由度氣體動壓軸承陀螺儀的自激振盪問題，並與工人和技術人員合作，設計並試製成了先進的二自由度氣體動壓軸承陀螺儀。

最優控制研究

1955年下半年，周恆晉升為講師。到北京聽了一個學期（每周一次）錢學森所作關於“控制論”的講座，受益匪淺，對控制論產生了濃厚的興趣。這時候，教學任務較重，每周要講10節課，同時，還進行了“最優控制”方面的科研工作。只有有了創造性，有了新見解，周恆才著手撰寫論文。他的第一篇論文“關於利用繼電式元件改進控制系統的一個問題”發表在《力學學報》上。這是我國發表最早的關於最優控制的文章，曾在1957年全國第一次力學學術會議上宣讀。

周恆的科研成就得到了老一輩科學家的關注。經錢學森同意，周恆每周3天到中國科學院自動化研究所，在錢學森親自指導下從事科學研究工作。可惜只去了3個月左右，就因“反右”鬥爭，自動化所業務無法正常進行而中止。此後，由於政治運動的不斷，被迫停止了這方面的研究。

50年代，我國的流體力學研究基礎薄弱，還遠遠落後於世界各國。60年代，英國的J.T.斯圖亞特（Stuart）就提出了流動穩定性的“弱非線性理論”，得到了力學界的公認與推崇。流動穩定性是國際公認的一個十分難於攻破的理論問題。當時我國還沒有人從事過這方面的研究，出國交流也是不可能的。

1962年，周恆選擇了流動穩定性這一課題。鑒於當時線性理論已基本完成，但還缺少數學上嚴格的根據，因此，周恆研究並解決了Orr-Sommerfeld方程這一非自伴隨方程的特徵值問題及展開定理論，證明了展開式是一致並絕對收斂的，又推廣了Liapounoff方法，使之能用於連續介質力學。並用它證明了條件穩定性定理，為線性化理論提供了嚴格的理論根據。同樣的問題，美國在1969年才分別由一些知名的研究人員加以解決。但對展開定理，他們只證明是一致收斂，沒有證明是絕對收斂。

非線性理論研究

1980年，周恆開始擔任套用力學教研室副主任。1981年，他以訪問學者身份到英國帝國理工學院進行為期7個月的訪問。在那裡，他僅用5個月的時間，就完成了論文《亞臨界情況下平面泊肅葉（Poiseuille）流動穩定性的非線性理論》，從而克服了已流行20年的弱非線性理論對線性化問題非中性情況時不好用的困難（在實際問題中都要遇到線性化為非中性的情況）。他提出了一種新方法，利用這一方法，周恆推廣了在層流到湍流轉捩問題中起重要作用的共振三波概念，使得過去雖有概念，但無法具體計算的共振三波演化得以計算，指出了過去認為平面Poiseuille流中不能套用共振三波概念的說法是不正確的，並與同事合作，利用平面Poiseuille 流為例，通過實際算例，指出另一重要理論——二次失穩理論——和共振理論有可能統一起來。以上幾項成果，曾獲1985年國家教委科技進步一等獎和1987年國家自然科學二等獎。

1984年，《天津日報》以顯著位置刊登了“周恆教授對流動穩定性研究有新突破”的訊息。我國著名力學家錢偉長說：“周恆同志在非線性理論研究方面有新的突破，沿著這個方面可以做很多工作。”英國皇家學會會員K.斯梯瓦森（Stewartson）認為周恆教授抓住了問題的中心，並取得了突破，因此，他認為中國在這一領域的研究達到了當時的國際水平。

挑戰原弱非線性理論

周恆在90年代初期，在將理論用以解決實際問題時，發現斯圖亞特的理論體系存在著根本性的缺陷，無法得到與實驗相符的結果。他經過深入研究後，提出帶有根本性的改進意見，從而基本上糾正了理論上的缺陷。

自1991年起，他與一日本學者通信合作以將理論結果與數值模擬結果進行比較的方法考驗並改進其理論。1992年他應日本原子能研究院邀請訪問日本時，又進行了大量比較，結果證實了新理論的正確性，也證實了原理論在收斂性上的重大弱點及新理論在這方面的優點。1993年周恆訪美時在4所大學做了這方面的報告，美國同行都對新理論的結果與數值模擬的結果吻合得非常之好表示驚異。其學生將此理論套用於實際問題的研究上，也取得了與實驗相符的結果。

不斷反思原來科研成就的不足，不因獲獎而放棄新的追求，這是周恆致力科學的特色。

周恆的主要成就與貢獻還有：他把流動穩定性理論套用於湍流邊界層內相干結構的研究，與他的學生一起分別提出了邊界層底層和外區相干結構的一種理論模型。此項工作已發表了3篇論文，分別刊登在《力學學報》、《科學通報》和《中國科學》上。最近在這方面又有了新的進展，使得這一理論模型，可以在好幾方面解釋由數值模擬方法發現的相干結構的性質。這也是從來沒有人做成功的。他指導研究生研究了柔性壁邊界層流的穩定性，這一問題在減阻和減噪聲問題中有重要套用前景。他提出了新的計算方法，克服了過去的計算方法中在流體與柔性壁交界處或多層柔性壁分層處位移及應力連續條件不能全部滿足的缺點。他的這一工作幾乎與國外的相同工作同時發表於不同刊物上。過去大家一直推測弱非線性理論的解收斂半徑非常小，但究竟有多小，無人能給出估計。最近周恆在理論上得出了一個估計，證實了這一推測是對的，並提出了改進的方法。1979年至1995年，周恆共在國內外學術刊物上發表了能反映其主要科技成就、有代表性的學術論文20餘篇，出國參加國際學術會議並宣讀論文多次。還應邀在第四屆亞洲流體力學會及第六屆國際流動模化及湍流測量會議上做報告。

1962年，周恆選擇了流動穩定性這一課題。鑒於當時線性理論已基本完成，但還缺少數學上嚴格的根據，因此，周恆研究並解決了Orr-Sommerfeld方程這一非自伴隨方程的特徵值問題及展開定理論，證明了展開式是一致並絕對收斂的，又推廣了Liapounoff方法，使之能用於連續介質力學。並用它證明了條件穩定性定理，為線性化理論提供了嚴格的理論根據。同樣的問題，美國在1969年才分別由一些知名的研究人員加以解決。但對展開定理，他們只證明是一致收斂，沒有證明是絕對收斂。

1972年至1978年，周恆參與並實際領導了原六機部441 廠二自由度氣體動壓軸承液浮陀螺儀的研製。當時，信息閉塞，設備落後，實驗手段陳舊。在這種情況下，國內有4個單位從事類似的研製，但都遇到轉子馬達轉動時陀螺儀整體自激振盪的難題。周恆從理論上分析了這一問題，認為這是由氣體軸承的動力特性引起的。經過了理論分析及實際計算，提出了正確的軸承結構及參數，在理論和實踐上解決了這一難題，受到原六機部科技局及其他研製單位的高度讚揚。其理論成果除在《力學學報》及國際會議上刊登或發表外，已寫入與人合作的專著《氣體動壓軸承的原理及計算》一書中。周恆還與441廠技術人員和工人合作，大膽提出了新穎的結構設計，採用了當時最先進的材料，製成了能運行的陀螺儀樣機。70年代中期，我國得到國外名牌慣性導航儀器的備件，1978年擬對其進行技術解剖，先用X光透射技術對其內部結構進行研究，發現內部結構與周恆設計的很相像，於是就把周恆和441廠的同志一起請到某處實地解剖，發現其結構設計的主要方面，幾乎全部都與周恆等人的設計不謀而合。

1978年後，周恆回到基礎科學系，又將主要精力轉入流動穩定性的研究工作。1979年，49歲的周恆被破格晉升為教授。

獲得獎項

周恆在教學科研上的成就得到了尊重和肯定。1978年，他被評為天津市先進科技工作者；1984年被人事部授予“有突出貢獻的中青年專家”的稱號，同年成為天津市勞動模範；1985年獲國家教委科技進步一等獎；　1986年 國家教委科技進步1等獎；1987年因在流動穩定性理論上的貢獻他獲得了國家自然科學二等獎。1990年，國務院確定他為“領取國家特殊津貼的專家”；同年還被國家教委和科委聯合授予“全國高等學校先進科技工作者”的稱號。他還榮獲天津大學頒發的首批“金鑰匙”獎。

主要論著

:

1. 羅紀生，周恆，湍流邊界層外區大尺度相干結構的理論模型及與實驗的比較，中國科學，A輯，23(1): 56-62，1993　Luo J.S.，Zhou H.，A theoretical model for the large scale coherent structures in the outer region of a turbulent boundary layer and its comparison with the experimental observations，Science in China，Series A，36(7): 825-832, 1993

2. 周恆，尤學一，流動穩定性弱非線性理論中的問題及其改進，力學學報，25(5): 515-528, 1993　Zhou H.，You X.Y.i，On problems in the weakly nonlinear theory of hydrodynamic stability　and its improvement，ACTA Mechanica Sinica，9(1)：1-12, 1993

3. 周恆，熊忠民，湍流邊界層近壁區相干結構起因的研究，中國科學，A輯，24(9): 941-948, 1994　Zhou H.，Xiong Zh.M.，The mechanism for the generation of coherent structures in the　wall region of a turbulent boundary layer, Science in China，Series A，38(2): 188-198, 1995

4. 周恆，陸利蓬，壓力梯度對湍流邊界層相干結構的影響，中國科學，A輯，27(2): 173-179, 1997　Zhou H.，Lu L.P.，Effect of pressure gradient on coherent structures in a turbulent　boundary layer，Science in China，Series A，40(4): 441-448, 1997

5. 周恆，滕村薰，流動穩定性弱非線性理論的近一步改進，中國科學，A輯，12, 1997　Zhou H.，K. Fujimura，Further improvement of weakly nonlinear theory of hydrodynamic　staility，Science in China，Series A，41(1): 84-92, 1998

6. Luo J.S.，Zhou H.，A theoretical investigation of the development of stationary crossflow　vortices in the boundary layer on a swept wing， Acta Mechanica Sinica，　14(2): 97-103 , 1998

7. 周恆，馬崢，張哲，湍流邊界層近壁區的傳熱問題，中國科學，A輯，28(6): 529-534, 1998　Zhou H.，Ma Z.，Zhang Z.，The heat transfer problem in the wall region of a turbulent boundary layer，Science in China, Series A，41(11), 1216-1222, 1998

8. 袁湘江，周恆，考慮流向曲率和壓力梯度的可壓縮邊界層穩定性分析，空氣動力學學報，16(3): 276-281, 1998

9. 周恆，陸昌根，羅紀生，湍流邊界層近壁區單個相干結構的模擬，中國科學，A輯，　29(4): 366-372, 1999　Zhou H.，Lu Ch.G.，Luo J.S.，Modeling of individual coherent structures in wall region of a turbulent boundary layer. Science in China，Series A，42(6): 627-635, 1999

10. 袁湘江，周恆，計算激波的高精度數值方法，套用數學和力學，21(5): 441-450, 2000　Yuan X.J., Zhou H., Numerical schemes with high order of accuracy for the　computation of shock waves, Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)，21(5): 489-500, 2000

11. 羅紀生，張哲，周恆，增強可壓縮混合層混合的一種方法，中國科學，30(11): 1033-1039, 2000 Zhang Zh., Luo J.S.，Zhou H., Method of enhancing the mixing of a compressible　mixing layer，Science in China，Series A，43(12): 1332-1339, 2000

12. 曹偉，周恆，二維超音速混合層中小激波的存在及其對流場結構的影響，中國科學，A輯，31(5): 439-444, 2001　Existence of shocklets in a two-dimensional supersonic mixing layer and its influence on the　flow structure，Science in China，Series A，44(9): 1182-1188, 2001

13. 曹偉，周恆，二維超音速混合層增強混合的研究，中國科學，A輯，32(2): 150-157, 2002　Cao W.，Zhou H.，The enhancement of the mixing of a 2D supersonic mixing layer，Science in China，Series A，45(7): 874-883, 2002

14. Zhou H，Coherent Structure Modeling and its Role in the Computation of Passive Quantity　Transport in Turbulent Boundary Layer，JSME International Journal，Series B，41(1): 137-144, 1998

承擔項目

主持國家自然科學基金三項，重點基金兩項，均與流動穩定性及湍流有關。