一、报国之路

吴仲华青年时代，正值中华民族危亡时刻，他作为爱国青年，很为国家贫穷落后的局面担忧。他便选择了“工业救国”之路，就读了清华大学机械工程系。“7.7事变”后，他经历了到处漂流和有书难读的困惑,经受了政府流离和民族危亡的痛苦，他意识到“工业救国”并不能拯救眼前的中国，“抗日救国”赶走侵略者才是最迫切的。为了参加抗日，他和许多同学投笔从戎，进入陆军交通辎重学校学习军事技术，毕业后到编号为第五军的机械化部队服役。由于第五军没有直接参加抗日，他又回到西南联合大学继续学习，毕业后留校任教。

1943年，他报考并通过“庚子赔款”公费留学考试，携新婚妻子、同年级同学李敏华一起取道印度，留学美国，去麻省理工学院（MIT）研究生院攻读博士学位。在选择攻读专业时，他认为祖国是农业国，希望就读于农业机械化专业，但由于学校已不再招收该专业研究生，才改学内燃机专业。1947年他以优异成绩获得科学博士学位。毕业后，他应聘到美国航空咨询委员会（NACA，美国宇航局NASA前身）刘易斯(Lewis)喷气推进实验室（现Glenn研究中心），先后任研究工程师、研究科学家，进行燃气轮机研究。1950年后发表了一系列有价值的学术论文，其中，最有代表性的是1952年发表的“A General Theory of Three-Dimensional Flow in Subsonic and Supersonic Turbomachines of Axial,Radial，and Mixed-F1ow Types”（轴流、径流和混流式亚音速与超音速叶轮机械中三维流动的普遍理论），提出用两类流面进行叶轮机械三元流动的设计和分析计算理论。

1950年，他有幸聆听了我国代表伍修权在联合国做的报告后，决定回国。他辞去了在刘易斯喷气推进中心的工作，转到纽约布鲁克林（Brooklyn）理工学院机械系任教授兼热工组主任。1954年以赴欧洲旅游为名，携全家离开美国，取道英国、瑞士、奥地利、捷克斯洛伐克和苏联，历时数月，绕了大半个地球于1955年初回到祖国。回国后他担任清华大学动力系教授、副主任，燃气轮机专业教研室主任，1955年任工程热物理研究所前身——中国科学院动力研究室主任、研究员。1960年动力研究室合并到中国科学院力学研究所后，他任力学研究所副所长，主管原动力室科研工作，同时还兼任清华大学教授。1963年后，国民经济有所恢复，结合当时“歼八”发动机投入生产、装备部队的情况，他领导的几个研究室与航空工业部有关研究所建立了全面合作关系，开展“歼八”发动机摸底、改型研究。

1971年，在受到“文革”冲击被恢复科研工作后，他抓紧一切时间，积极在全国推广叶轮机械三元流动理论及方法应用。

1972年他带领调研小组，到全国各个航空发动机工厂、研究所等展开调研。

1977年，他受王震副总理委托，为斯贝发动机积极地找出路，提出斯贝发动机改为舰用、燃气蒸汽联合循环装置等改型方案。

1978年，根据他的提议，国家科委成立了工程热物理学科组，他任组长，领导制订全国工程热物理学科发展规划，不久成立了燃气轮机专业组后，他任副组长。

1980年，工程热物理研究所恢复建制，他担任所长，并系统地开展叶轮机械三元流动通用理论方面的应用研究，研究和完善了一系列应用任意非正交曲线坐标系统的叶轮机械三元流动不同工况的亚、跨、超音速计算机程序包，并开展了大量的实际应用。

1981年后，他注重学科的发展和工程热物理在国民经济建设中的应用，为国家的科学决策提供了许多科学理论和依据。

1987年因年龄原因，他退离所长岗位，任名誉所长。

二、科学贡献

国际著名科学家田长霖说过：“国际工程热物理学界，吴仲华是中国的代表”。“吴仲华先生一生对科学的主要贡献有两个，一是创立叶轮机械三元流动理论，这已经是举世公认的了；另一是他提出了工程热物理学科…。”

1、创建叶轮机械三元流动通用理论

20世纪30年代，叶轮机械内部流动理论基本采用航空工程中相对简单的绕机翼流动理论，计算方法一般采用解析解。他认为，要想准确了解叶轮机械内部流动机理，必须摒弃传统孤立翼型的旧思路，考虑叶片之间的相互作用和沿叶高方向流动的变化因素。这些因素理论上虽然可以数值求解，但面对叶轮机械内三维粘性非定常流动，要把粘性、三维、非定常这三个因素都准确地全面求解，也是相当困难的。从叶轮机械内部流动来看，粘性和非定常虽然都比较复杂，但对流动三维特性了解显得更为迫切。因此，他的研究思路是以流动的三维性为考虑的主要因素，同时兼顾其它二者。

他根据工程热力学基本原理、叶轮机械作为动力机械的特点和人们关注的是其作功量和效率等因素，提出了一个新的热力学参数——相对滞止转子焓。采用滞止转子焓和熵来表示气体状态以后，叶轮机械三维流动基本方程组就得到很大简化，不再出现形式复杂、难以求解的粘性项。其中物理意义明确、形式简洁、矢量形式不变的主方程被国际上称为“吴氏方程”，它适合于各种坐标系统求解，为叶轮机械三元流动研究和数值计算建立了基础和开辟了新思路。

为了求解以上所说基本方程，在当时计算技术和能力等还无法完整求解的情况下，他提出了流面模型思路。根据其物理意义，可以将流面分为两族：一族流面基本为从叶片到叶片，反映了叶型的影响。另一族流面基本为从叶片根部到顶部，反映径向变化影响。他引入了流面偏导数的概念，导出了两类不同流面上流动之间与通常的空间偏导数的关系。通过这个关系，从上述新叶轮机械三维流动的基本方程，就可以简便地得到两类流面上流动的基本方程，这个新方程出现了流片厚度和流面之间作用力这两个有明确物理意义的量。这两族相关流面的交线，即是公共流线。在这两族流面上分别求解各自的物理方程。当通过相关参数相互迭代计算的结果在这公共流线上的值达到相同时，就得到了收敛解。这样，两类流面模型就将当时条件限制下无法求解的十分复杂的三维流动求解分解为相互关联的两族流面上的二维流动求解。

为了适应各种复杂形状的叶轮机械，他发展了应用任意非正交曲线坐标系统的叶轮机械三元流动理论，且理论联系实际，不断研制了一整套的应用任意非正交曲线坐标系统的叶轮机械三元流动计算机程序包，把叶轮机械三元流动设计、分析又提高到了新的水平。

随着燃气轮机和大型计算机技术的迅速发展，叶轮机械三元流动通用理论的基本思想，成了推动叶轮机械研究、促进航空发动机和燃气轮机发展的重要理论，叶轮机械三元流动计算成为各国叶轮机械设计所采用的最先进计算方法。这个理论和方法一直被叶轮机械设计、制造、研究部门广泛应用，成为研制各代先进航空发动机的有力工具，并成功地应用于各代先进航空发动机的设计、研制中。著名的英国罗尔·罗易斯（R & R Co,）航空发动机公司在20世纪70年代后期在做国际航空发动机发展历程统计时，用实际数据证明了“吴仲华理论”在各阶段航空发动机发展中所起的作用。他逝世后，美国机械工程师学会发表的讣告中，列举了应用他的理论设计的一系列著名航空发动机。

通过广泛应用，他和他创建的叶轮机械三元流动通用理论在国际叶轮机械领域的声誉不断提高，“吴氏通用理论”也确立了其国际地位，而他则被誉为叶轮机械三元流动通用理论的奠基人。

2、提出并创立工程热物理学科

20世纪40年代后期以来，发达国家社会与经济的迅猛发展，对航空航天动力有了迫切的需求，对这个领域投入了空前的人力、物力和财力，系统、深入地研究在这些动力装置中复杂的能量转换过程，以提高它们的机械性和经济性。与其它动力装置比较，航空发动机和航天的推进动力内部过程包括流动、传热传质和燃烧现象及其集成，由于高温、高压、高速和化学反应交织在一起，过程极为复杂，研究难度也大为提高。尽管这些工程实际与其热学过程存在着十分密切的联系，但却没有形成一个独立的学科，使这些航空航天动力的研究没有一个系统的理论基础来支撑。在国内围绕两弹一星研究的大量气动、热力、传热、燃烧等问题也需要解决。在这些背景下，他组织同行专家经过严格的系统论证，在20世纪50年代后期适时提出建立研究热、能、功的转换与利用的基本物理规律，以工程热力学、气体动力学、传热传质学、燃烧学等为分支学科的工程热物理学科。

1957年底在清华大学设立代号为“410”的工程热物理专业。

1958年在中国科学技术大学设立了正式命名的工程热物理专业。

1978年，成立了中国工程热物理学会。

1980年，创办了《工程热物理学报》。

现在，工程热物理学已在各种动力设备中得到广泛的应用，特别是能源与环境问题成为社会和经济发展的瓶颈后，它就成为提高能源利用率、减少污染的理论依据。

三、对国家科技战略的贡献

1978年召开了全国科学大会以后，我国又迎来了科学的春天，科学成为我国四个现代化建设的第一生产力。他以科学家特有的科学态度和紧密结合国情的实事求是精神，积极参与国家能源动力与能源环境领域科学技术的战略研究和决策。

（一）参与国家能源动力战略研究、决策与构思

1、我国能源问题的战略构思

1980年，他被特邀在中共中央书记处举办的科学技术知识讲座上做《中国的能源问题及其依靠科学技术解决的途径》报告，从科学技术角度，提出解决我国能源问题的战略构思。他从科学基本原理出发，提出各种不同品质的能源要合理分配，对口供应，做到各得其所，在相当长时期内要把加快煤炭的开发摆在重要的地位，电力建设要逐步把水电开发放在重点，在严重缺能地区还要建设核电站，因地制宜地发展各种新能源等。根据“温度对口、梯级利用”原则，大力发展各种联合循环与热电并供、余能利用等总能系统。指出能源工业很容易产生大量的各种污染，在发展能源的同时必须要很好地重视环境保护。指出现代科学技术的发展为较大幅度地提高能源利用率提供了可能性，应该努力做好能源规划工作，大力加强能源的科学研究，掌握有关的先进科学技术，抓好能源开发，特别是要节约能源，开展以节能为中心的技术改造等。

1981年，他对我国能源标准与能源法规制定提出完整的指导性意见，认为能源标准化是合理开发能源资源、提高能源利用率、更新和改造能量转换设备和用能设备的科学技术依据，是能源管理和能源立法的科学技术基础，对我国能源标准与能源法规制定提出完整的指导性意见。他的这些见解和意见至今仍然具有指导意义。

2、倡导能的梯级利用与总能系统

他对我国能源问题的战略构思，是基于能的综合梯级利用的科学用能思想。1988年，他主编《能的梯级利用与燃气轮机总能系统》一书，对能的梯级利用与总能系统进一步做了全面阐述。总能系统就是总体统筹功（电）与热的能源利用，而不仅是着眼于提高单一生产过程或工艺的能源利用率。他从能量转化的基本定律出发，阐述总能系统中能的综合梯级利用与品位概念，提出了著名的“分配得当、各得其所、温度对口、梯级利用”原则，包括：①通过热机把能源最有效地转化成机械能时，基于热源品位概念的“温度对口、梯级利用”原则；②把热机发电和余热利用或供热联合时，基于大幅度提高能源利用率的“功热并供的梯级利用”原则；③把高温下使用的热机与中低温下工作的热机有机联合时，基于“联合循环的梯级利用”原则；等等。

从这些基本原则出发，他提出把燃气轮机和其它用能系统关联起来，通过燃气轮机总能系统的概念及其基本组合形式，以及他们大幅度提高能源利用率的能力，综合考虑能源的综合梯级利用，把燃气轮机发展应用提高到系统高度。他提出的总能系统的基本思路包括：①通过不同用能系统（发电、供热）和不同热力循环有机联合的梯级整合用能；②在系统的高度上，总体综合利用好各级能源，以取得更有利的总效果，而不仅仅着眼于提高单一的设备或工艺的能源利用率的系统用能；③按照能量品位的高低进行梯级利用，统筹安排好功、热（冷）与工质内能等各种能量之间的配合关系与转换使用的燃气轮机总能系统开拓集成；④最终说明燃气轮机总能系统基本形式是绝对可以大幅度提高能源的总利用率。

现在，他提出的能的梯级利用原则已成为能源动力系统集成开拓的关键核心科学问题，他倡导的总能系统已成为能源科学发展的主流思想，这对能源科学技术和能源学科乃至国民经济发展都产生了巨大而深远的影响。

3、提出能源领域若干重要的研究方向

基于总能系统的思想，他率先提出对我国经济发展有重大影响的若干总能系统研究方向，如烧天然气的大型联合循环，燃煤整体煤气化联合循环（IGCC）与流化床燃煤流化循环（PFBCC），三联产（电、热、燃料气），多联产（电、热、燃料气、化工产品等）。这些研究方向大多以不同形式列入我国各个时期国家能源领域科技规划和计划中。

至今，他倡导能的梯级利用的总能系统已近40年。在这期间，世界能源动力系统开拓发展正是沿着这个思路蓬勃展开。从公布的“国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）”中，能源领域的优先主题、前沿技术以及基础研究等的许多具体内容与发展思路，都可看到他的科学用能思想影响的痕迹和烙印。

（二）提倡发展燃气轮机、联合循环和洁净煤技术

燃气轮机是总能系统的核心，发展燃气蒸汽联合循环、联产系统、整体煤气化联合循环（IGCC）、流化床燃煤联合循环（FBCC）等对提高能源利用效率等至关重要。

1、发展地面燃气轮机

他非常关心我国燃气轮机的发展，并参与国家能源动力领域科学技术的战略研究、决策和燃气轮机发展规划制定与决策。

回国伊始，他就在清华大学创建我国第一个燃气轮机专业和教研组，为国家培养了大批燃气轮机的专业人才。

1957年，他参与制定国家科学技术发展远景规划，提出重点研究项目“运输工具用燃气轮机”，描绘了在我国研发工业燃气轮机的蓝图。

1981年，他在国家机械工业委员会组织的发展和应用燃气轮机问题的座谈会上，做《燃气轮机的发展及其在国防和能源利用中的重要作用》的报告，全面阐述了燃气轮机发展的趋势与重要性，提出我国发展燃气轮机的策略和具体建议，认为各国的具体情况差别很大，应该根据自己的具体情况来发展燃气轮机。他参加组织由国家机械委、国家科委、国务院国防工办领导的燃气轮机应用研究小组，在对国内外燃气轮机发展情况进行全面调研与总结的基础上，提出我国发展地面燃气轮机的规划设想，认为应该“明确重点，缩短战线”，“打破部门界限，实行联合作战”，提出要充分利用国内已有的基础和成果，抓好对当前国民经济和国防建设具有重要作用的一批快见成效的项目，抓好一批具有方向性的重大科研课题。

1985年，他应国家计委科技局委托，亲自组织编写《关于发展国产地面燃气轮机的报告》，对如何发展我国民用地面燃气轮机提出许多重要建议。

2、科研与生产相结合发展联合循环体系

1982年，为了响应中央关于“科学技术要面向国民经济”的号召，他倡议成立中华燃气轮机研究与开发公司，为打开科研与生产相结合的新局面进行尝试，希望更多的研究成果能用到国家的生产中去。他运用已有研究成果，消化吸收斯贝航空发动机技术，开拓移植航空技术发展地面工业型燃气轮机途径；并将热力学理论应用到企业能量转换过程，研制国产首台排气全燃型联合循环发电供热装置，为我国石化、电力等部门推广应用打下基础。他还亲自组织研究，提出利用斯贝航空发动机方案，并实际实施了其中的三种，即用核心机改装为联合循环发电装置（用于东炼工程）、利用低压压气机切顶以及切顶加零级改装为船用发动机（拟用于舰艇动力）。在大庆和辽河油田，他多次深入现场做调研，建议推广应用燃气轮机及其总能系统。

1989年，他创办中国科学院下属的北京科能能源与动力研究发展中心，进行在设备制造领域用市场推动研发的大胆尝试。

3、积极推动我国洁净煤技术的发展

他深刻认识到洁净煤技术对我国的重要性，早在20世纪80年代初我国联合循环工作起步之始，他就提出了一个“双管齐下”的方针：一方面在能够烧气和烧油的地方，先发展烧气烧油的联合循环装置，以取得实际经验，也为使用者节能；另一方面要大力研究各种在燃气轮机中烧煤的方法。在两者都取得成绩以后，合起来组成适合我国国情的高效率、低污染、少用水的烧煤联合循环装置。他在他最后的岁月中，一直不忘向国家建议发展整体煤气化联合循环（IGCC）的洁净煤发电技术。

他于1990年和1992年会同李敏华教授分别向国家和科学院有关领导提交“在我国发展IGCC的建议”，他不仅向有关部门和领导全面介绍了国外特别是美国在这方面的进展和做法，并提出我国开展这方面工作的具体建议，希望在我国能早日实现IGCC示范项目。

四、在国际学术界的影响

1970年，由于文革原因，吴仲华虽然没有能够参加美国机械工程师学会燃气轮机大会，但大会还是把他创立的叶轮机械三元流动通用理论命名为“吴氏通用理论”。大会的评价是：在20世纪50年代初期，国际叶轮机械界发生了两件大事：计算机的发明和叶轮机械“吴氏通用理论”的创立。吴仲华教授开创了叶轮机械三元流动数值仿真的先河，从此叶轮机械得到蓬勃发展。

1974年他被邀请参加了在英国Sheffield举行的国际吸气发动机学会第二届学术会议。会上，国外代表认为他创建的叶轮机械设计方法是国际先进的设计方法。

1976年他在应邀参加德国慕尼黑第三届国际吸气式发动机学术会议上，做了应用任意非正交曲线坐标的叶轮机械三元流动理论报告，被大会评论为：是会议的精彩之点，只有三元流动理论的创建者才能贡献这么精彩的优秀报告。

1979年，他率领一个由中国科学院、航空部、八机部等人员组成的9人代表团访问美国，参加了美国机械工程师学会燃气轮机大会和第四次国际吸气式发动机会议。在燃气轮机大会上，会议主席在会上特别提到了欢迎他的参加。会后，代表团访问了美国宇航局(NASA)，空军、海军等研究所，一系列航空发动机、燃气轮机工厂，麻省理工学院（MIT）、伯克利（Berkeley）、斯坦福（Stanford）等名校。在访问期间，他受到美国政府、有关部门的重视和高级别欢迎，受到华裔著名学者的热情接待，林家翘、田长霖教授等一些美国院士都在家中招待了他。通过这一系列访问和交流，了解了国际学术动向，结交了各方面人员，重新打开了国际学术交流之门，提高了我国的学术地位。

他还先后争取到联合国开发计划署（UNDP）两次资助，组织大量高中级科研人员出国考察、进修，鼓励科研人员参加国际学术会议，目的在于加强国内外的学术交流和提高科研人员素质。对科研队伍建设影响深远。

1985 年,他主持召开了第七届国际吸气式发动机会议，与会专家400余人，其中国外专家就有200 名左右，这是一次很成功的国际学术盛会，进一步提高了我国国际学术威望。

1990年他应邀赴美国讲学4个月，系统地讲解了叶轮机械三元流动理论。接着访问了国际著名的航空发动机研究所—比利时的冯·卡门研究所（VKI）。在国外的这段时间，他完成了美国宇航局NASA合同报告“A General Theory of Two-and Three-Dimensional Rotational Flow in Subsonic and Transonic Turbomachines”（亚音、跨音叶轮机械二元、三元有旋流动通用理论）。

主要参考文献：

1．中国工程热物理学会、中国科学院工程热物理研究所，1993，纪念吴仲华教授学术报告会论文集。北京：机械工业出版社。

2．《吴仲华论文选集》编委会，2002，吴仲华论文选集。北京：机械工业出版社。

3．纪念吴仲华先生诞辰90周年组委会，2007，永恒的回忆。北京：中国科学院工程热物理研究所。

4．工程热物理研究所所史编写组，2007，中国科学院工程热物理研究所所史。北京：中国科学院工程热物理研究所。

5.《吴仲华传》编委会，2010，吴仲华传。北京：中国科学院工程热物理研究所。