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缅怀敬爱的张瑞瑾教授
发布时间:2018-04-28 16:09  作者:  来源:  访问次数:

作者:唐懋官

张瑞瑾教授(1917-1998年)早年毕业于武汉大学土木系,随后赴美留学。回国后返校任教。解放后不久,他担任武汉大学副教务长,兼任武汉大学水利学院院长。1953年院系调整后,武汉水利学院成为水利部部属的独立学院——武汉水利学院,知名度很高的老红军干部张如屏为院长,张瑞瑾教授为副院长。经过继续发展扩大后,改名为武汉水利电力学院。1978年张瑞瑾教授晋升为院长。几十年来,张瑞瑾教授除管理教学科研等行政事务之外,全力从事教学和科研工作,是研究水流紊动基本理论、泥沙运动基本规律的学者。

1956年,张院长参加电工教研室会议,提出水流速度的测量问题,他说:在水利实验室中,只能用毕托管在清水中测量时均流速,流速很低时还有困难,希望能在流速测量上研制出一种新的测量技术。

我对张院长这个新颖的提议甚感兴趣。我到武大之前,曾在电信工厂工作过六年,电子技术方面有一定的实际经验。但我知道,要解决张院长提出的问题,必须研制出一种能反映水流速度的传感器,这需要在工艺制作上有一定的能力。为此,我向张院长提议,从西安交大调入我了解的有一定工艺制作能力的陆安国技师参加这项研究工作。陆安国来校后,张院长多次主持开会研究。

我们经过多次试制、多次失败、反复发现问题、不断改进后,在防水、防潮、消除温度影响以及电子仪器中存在的多种问题得到初步解决,终于在率定水漕试验中,得到稳定的、可重复的率定曲线。在水漕试验中反映出水流的脉动流速。从而在1959-1960年间,在张院长的鼓励下,将独创的水流脉动流速传感器代表武汉水利电力学院在莱比锡博览会上展出。

1965年,在张院长主持下,在泥沙试验室的长80余米,宽约1.2米的长水漕中,利用多次试制的传感器及自制的专用的配套的高稳定度、高灵敏度、杂音极低的电子仪器,以及德国制造的光线示波记录仪进行了一次正式试验,在水漕中沿水流流向,从水面垂直向下直到底部,分点测出多点的脉动曲线,记录了三十来张水流紊动曲线。

上面这个图,就是从光线记录下的某个测点的紊动记录上取下来的一小段。这个样品的时间很短,仅为1秒钟的记录片段。实际上,各个测点的记录时间长达30秒钟左右。再根据各点的记录,计算出各个测点的时均流速和紊动强度。

为了分析这些曲线,张院长主持,组织了十来个人,计算工作大约持续了一个星期才全部完成。计算时在按光电记录下来的曲线上,每隔二十五分之一秒取一点,再按照各点的高度,经过归纳、整理、分析和计算,求得各个测点的时均流速及紊动强度的大小,再将求得的各个相关的点连接起来,求得沿水流垂线的时均流速曲线和紊动强度的分布曲线。这样求得的时均流速曲线与同时用毕托管测得的结果是一致的。从这一结果可以看出:这些由传感器及电子仪器所测得的曲线的真实性是可以信赖的。其紊动强度的分布,在上、中层是逐渐增大,靠近底部时,先迅速增大,再迅速减小。这也符合了水利学的基本理论。这样的记录曲线,以及据此整理出来的水流规律,至今在国内外并未见到类似的记录。

在清水试验中取得这一成果后,我们在国际会议上发表论文,指出美国麻省理工学院A.T.Ippen教授1957年在J.Hyd.DIV.上发表的记录是错误的,这篇文章所发表的曲线形似正弦形状,不是水流的脉动,而是簧片的自振。

有一次,在泥沙室试验水槽旁边,张院长和我们讨论试验问题,陆安国也在场。张院长对我们说了一句成语:“老骥伏枥,志在千里”。张院长叫我解释,我迟疑了一下。张院长自己解释道,年纪虽然大了,但还要有雄心壮志。当时我和陆安国技师都已年过50,张院长比我大5岁,他还鼓励我们要有雄心壮志,勇往直前。

80年代开始,我们利用这种传感器及专用的配套仪器,在高含沙水流中进行试验,在300kg/m3400kg/m3……最高达700kg/m3等多种高含沙水流中进行多次试验,随着含沙量的增加,含沙流体的流速,沿水流垂线的分布规律,与清水流速相比,有明显的差别,随着含沙量的增加,差别愈来愈大。当含沙量高达500 kg/m3以上时,在流体的上、中层,约占流体垂线的80%90%左右的范围内,流体的速度基本上没有什么变化,也看不出什么明显的紊动现象。在水力学中称这种流体为滨汉体、或非牛顿体。张瑞谨教授称其为“流核”。这时在上、中层不存在明显的紊动现象,而在靠近底部区域,当时均流速开始减小时,却又出现与清水水流中相似的由增大再变小的紊动强度分布规律。如果不是张院长坚持开发这种测量技术,就不可能发现在高含沙水流中出现的各种现象。当张院长知道所研制的传感器在高含沙水流中应用,获得这一前所未有的成果时,感到十分高兴。他曾亲自对我说,这套仪器在泥沙研究中取得重大成果是十分难得的,并从他的科研费中转了一万元到我的科研帐上,作为研究费用。

如果不是张院长主持研制能在清水中、高含沙水流中应用的传感器及相关配套的电子仪器,是不可能取得以上成果的。至今尚未见到类似记录。

张院长早在1957年就提出过希望在水流中,在同一点、同一时段测出水流在两个方向的脉动流速,即沿水流方向的紊动流速和在同一点同一时段上、下波动的紊动流速。根据这一设想,陆安国为此提出一种十字交叉方案,并通过翻砂制造出这种传感器的外壳,但是按这种结构形式制作传感器有很大的困难。因而这一设想拖延了多年未能实现。直到90年代中期,哈尔滨中国电子技术研究所的原贵刚工程师成为我的硕士研究生时,经过多次努力,耗费了大量的敏感元件,终于在经过翻砂制造的铜制的外壳中,实现了这种传感器的制作。在含沙水流中,进行多次试验,取得了一系列的有关μ,v,的紊动记录,并发现其有关规律,可以说,初步实现了张院长提出的要求。

张院长生病前,有一次与我谈话时,说道:“在水力学这一个学科里,自从雷诺以来,一百多年未有大踏步的进展。”我感觉到他这句话是不轻易对人说的,从他这句未说完的话里,我体会到,张院长之所以积极主持紊动流速研究,是想研究他未说出来的他所希望解决的学术问题。只是张院长年过60岁就生病了,病情逐年加重。我在90年代所取得的他所希望的测量成果已无法向他汇报。1998年,我们敬爱的张院长离开人世、令人深感痛惜。

时至今日,张院长离开我们已经很多年了。我深深缅怀敬爱的张瑞瑾教授。

(编辑:珞新)


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