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【专稿】“千人学者”郗恒东:风好正是扬帆时
发布时间:2018-05-28 09:09:19 来源:党委宣传部 已浏览:

西工大新闻网5月28日电(记者 吴秀青)“阿尔卑斯山的云啊,常常载着雨珠们悠游;阿尔卑斯山的雨珠啊,动不动就潇洒地手牵着手……我在德国做博士后的时候,每年夏天都要去阿尔卑斯山脉在德国的最高峰——楚格峰上去做实验,追踪拍摄云里面的液滴,观察液滴如何流动碰撞、如何由小液滴变成大液滴最后变成雨滴……这个实验做起来特别难,但非常有意思……”

绘声绘色,娓娓道来,这个正在给记者讲述科学实验故事的人,就是西北工业大学2014年引进的国家“青年千人”、陕西省“百人计划”特聘专家郗恒东教授。

走进西工大航空学院,倾听郗恒东描述玄妙的热对流和神奇的高聚物,既是一番美妙的感受,更令记者生发无限的遐想。郗恒东幸运的求学生涯和幸运的职业生涯,让他发现科学世界的“美”,并通达流体力学世界的“诗和远方”——

“由哈工大到西工大:是我职业生涯的幸运抉择”

“先前我和西工大没有一点儿血缘关系,加盟西工大,对我来说纯属必然中的偶然。”郗恒东憨厚地笑着说,“也可以说是偶然中的必然,改变了我人生的走向。”

“如果说师从香港中文大学夏克青教授攻读博士学位、师从德国马克斯•普朗克动力学与自组织研究所所长Eberhard Bodenschatz教授做博士后研究是我学习时代的幸运选择,那么,由哈工大到西工大则是我职业生涯的一次幸运抉择。”

夏克青教授是国际湍流领域内的知名学者,Eberhard Bodenschatz教授则是世界流体力学的权威,受他们先进的科学理念、科学研究方法的熏陶,让郗恒东得以形成自己的科研思路与方法。“他们给予我的影响让我受益终身,现在我也像他们当年教育我那样培养我的学生”。

2012年8月,郗恒东入选中组部“青年千人”,当年12月他从德国哥廷根回国,到哈尔滨工业大学深圳研究生院任教。“在那儿待了一段时间后,感到流体力学并不是哈工大深研院发展的主要方向,不免有些失望。当我后来了解到西工大是国内唯一一所同时开展航空、航天、航海研究的高校并为国家做出重大贡献时,我心动了,并萌生投身西部、加盟西工大的想法”。

事实上,西工大的航空、航天、航海和动能学院都涉及到流体力学问题,不管是飞行器增升减阻,还是水下航行器的减阻降噪,流体力学都是解决上述问题的关键。“毫无疑问,我的所学在西工大能发挥更大的作用”。

经过一番努力,郗恒东终于在2014年9月如愿走进西工大航空学院流体力学系,成为西工大的一员。“西工大为国防现代化建设做出了卓越贡献,培养了一大批杰出人才,赢得了极高的社会声誉,能在西工大工作,我深感自豪。”郗恒东开心地说,“航空学院拥有世界一流的科研实验环境,又有很好的生源,还可以与学校相关学院的同事一起合作,共同探讨、挑战流体力学领域内前沿性的课题,让我感受到了前所未有的快乐。”

在与记者的交流中,郗恒东总是说他很幸运。他表示,现在国内的科研环境越来越好了,国内的科研经费也比较充足,学校学院对青年人才的各方面支持都做得特别好。“现在学校越来越重视基础研究、重视学术引领,我本身就是搞基础研究的,从这个方面来讲,我也是很幸运的”。

“虽然比起在深圳工作时我的工资少了三分之一,但我从来没有后悔过。”郗恒东由衷地说,“在西工大能做事、做成事,还有什么比这更幸运的呢?”

矢志理解湍流这一经典物理留下的世纪难题

什么是流体力学?它是力学的一个分支,主要研究在各种力的作用下,流体本身的静止状态、运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。

“流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。中国有大禹治水疏通江河的传说。秦朝李冰父子(公元前3世纪)领导劳动人民修建了都江堰,至今还在发挥作用。大约与此同时,罗马人建成了大规模的供水管道系统。”郗恒东风趣地介绍说,从阿基米德到现在的两千多年,特别是从20世纪以来,流体力学已发展成为基础科学体系的一部分,同时又在工业、农业、交通运输、天文学、地学、生物学、医学等方面得到广泛应用。

“一直以来,湍流都被认为是经典物理留下的世纪难题,因而也被认为是一个重大的基础科学问题。”郗恒东主要开展基础研究以探求湍流的复杂流动规律和机理。他的研究方向主要包括基于高分子聚合物添加的流动减阻、湍热对流、湍流统计特性、湍流与云的相互作用以及微尺度流动。

在德国马克斯•普朗克动力学与自组织研究所做洪堡学者期间,郗恒东利用先进的三维拉格朗日粒子追踪系统,得到了湍流场中高分子聚合物的弹性能量传输率。他的实验结果与诺贝尔奖获得者P.G.de Gennes的弹性理论相符合,也是该理论的第一次实验证实。郗恒东与合作者进一步在P.G.de Gennes弹性理论的基础上提出了“能量传输平衡理论”,预测了临界弹性尺度并得到了实验验证。基于该结果撰写的论文《湍流中柔性高分子聚合物的弹性能量传输》发表在国际顶级学术期刊Physical Review Letters(《物理评论快报》)上,引起国内外同行的极大关注,并得到国际著名学者的高度评价。

郗恒东发表在Journal of Fluid Mechanics(《流体力学杂志》)上的论文《从层流型的羽流到有组织的流动:湍热对流中大尺度环流的起始》入选ESI高被引论文,至今已被SCI期刊引用90余次。

谈及本篇论文,郗恒东表示,湍热对流系统是从众多自然界的对流现象抽象出来的经典流体力学模型。湍热对流的一个重要特性就是存在一个大尺度环流,然而其起源一直不是很清楚。他首次系统地研究了湍热对流中大尺度环流的起源以及发展,阐明了大尺度流动是由于热羽流相互作用和自组织所形成的机制,明确地回答了大尺度环流的起源这个一直存在争论的问题。这个结论已经被业界广泛接受。

郗恒东以前的研究关注大尺度环流反转前后其动力学特性的改变和统计规律。他最近的研究结果给出了大尺度环流发生停滞和反转时的整个动力学过程。这些结果极大地提高了我们理解大尺度环流的停滞和反转的过程和起因。

郗恒东的研究成果大多发表在Physical Review Letters、Journal of Fluid Mechanics、Labon a Chip、Physics of Fluids等流体力学国际顶级学术期刊上。发表论文被SCI期刊引用500余次,两篇论文入选ESI高被引论文。他的研究工作不仅受到国际国内同行的高度关注,也受到地球物理、核工程等领域学者的广泛关注。

“要做有品位的科研,要培养academic leader

“香港的那段时间对我的发展很关键,是导师夏克青教授把我带到学术的前沿,他对我的影响至深。”郗恒东说,“夏老师总是强调做科研要有品位,要把有限的时间放在有意义的科学问题上。”

在郗恒东看来,“做有品位的科研”,是一种理念的引导,更是一个研究者最重要的坚持。“一年可以做很多个小东西,但是要想做成一个很有意思的东西则需要一年甚至几年”。因此,在学术研究中,郗恒东从不追求论文的数量,只有在做了很好很有价值的工作以后才发表文章。

在过去的三年内,郗恒东主要在和学生一起搭建实验平台。现在位于西工大友谊校区航空楼A座一层郗恒东团队的现代化的湍流与复杂流动实验室业已建成。实验室拥有自行搭建的冯卡门涡旋流动系统、瑞利-伯纳德热对流系统,还有世界一流的高时间空间分辨率的流动速度测量设备---高速层析粒子照相测速系统。

“实验条件是基础,idea(想法)和taste(品位)才更关键!”因此,郗恒东非常重视国际学术交流,但凡研究生做出比较好的工作,他就一定会带他们去参加本领域的重要国际会议,“让他们做学术报告、了解前沿、开拓思路、见见世面。”

“我这儿偏重前沿基础研究,又涉及交叉学科研究,希望能破旧立新,培养出一批academic leader;希望我的学生可塑性都很强,既能当学者,也可以引领其他工作。”

令郗恒东欣喜的是,其研究生已经做出了十分出色的工作。在微尺度流动、电场控制液滴方面所做的工作已经发表在领域内顶级期刊,成为高被引论文。在高聚物与湍流相互作用方面,最近也得到了很好的结果,发现了一个新的标度率;在热对流方面,发现了大尺度环流反转频率的转变,新结果正在整理凝练,准备投稿国际顶级期刊。“希望我的团队做出一流的工作、发表一流的文章,以一流的学术成果不断提升学校的国际知名度”。

郗恒东表示,他的研究方向主要包含高分子聚合物如何改变湍流运动、高分子聚合物添加剂能够降低输油管道中壁面阻力的原因、如何通过主动控制减小流动阻力等。“在实际应用中,希望能通过我的研究,一方面,降低输油输水管道的阻力;另一方面,设计并应用新型的空气动力学减阻技术为高速列车、汽车减阻,最终达到节约能源、提高效率的目的。”郗恒东说,在污染问题日益严峻、能源开发日益突出的今天,对高分子聚合物被动减阻和其他主动减阻技术的研究无疑具有非常重要的意义。

来到西工大以后,郗恒东一手创办了航空学院青年学术论坛,自2015年初开办到现在已经举办了一百余期。论坛邀请的嘉宾大多是国内外的学术“大牛”,他们或作报告或与青年教师座谈,教他们如何做科研、如何培养学生。这种有组织的系列的常态化的有效交流,大大改变了航空学院的学术氛围,使青年教师、研究生及高年级本科生大受裨益。“能为学校学院做事,能帮助青年教师成长,我感到很高兴很自豪”。

理解湍流这一经典物理留下的世纪难题,是郗恒东矢志不渝的追求。他期待着西工大的流体力学学科早日跻身国际一流行列,为推动世界流体力学的发展与应用做出应有的贡献。

(审稿:乔彩燕)

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