刚上大学的时候,还梦见自己得了诺贝尔奖,后来才发现,选择搞风电基本就告别诺奖了。尽管诺奖中有物理学奖,但它的“物理”其实是最前沿的物理,不论是量子力学,引力波还是今年备受争议的机器学习,风电涉及的物理则是极为传统的牛顿力学,就算让爱因斯坦搞风电,他也拿不了诺奖。
尽管搞风电得不了诺奖,但可以得一个流体力学领域的“诺贝尔奖”。就比如,诺贝尔奖里面没有数学奖,而菲尔兹奖是数学领域的国际最高奖项之一,被誉为“数学界的诺贝尔奖”。
流体力学的诺贝尔奖
2000 年 3 月 30 日, G.K. Batchelor逝世。为了纪念他,2007 年国际理论与应用力学联盟 (IUTAM) 设立了The Batchelor Prize in Fluid Mechanics,该奖项被誉为流体力学界的“诺贝尔奖”,每 4 年评选一次,是流体力学的最高荣誉之一,每次只颁发1人,奖金2.5万美元(约合17.5万人民币)。
类似于夏奥会和冬奥运,Batchelor 流体力学奖和 Rodney Hill 固体力学奖是国际理论与应用力学联合会 (IUTAM) 设立的两个奖项,均为每 4 年评选一次,旨在表彰过去 10 年内在其力学分支学科研究中做出杰出贡献的学者。
G.K. Batchelor
流体力学的大多数只听过伯努利、欧拉、拉普拉斯、普朗特以及冯卡门等人的名字,但可能并不知道Batchelor这个人。的确,和前面这些教科书级别的流体力学大师相比,Batchelor的名气稍逊一筹。
“Batchelor 精神下的流体力学”纪念大会手册封面 (由 Keith Moffatt 教授设计并提供),列出了近 300 年为流体力学发展做出杰出贡献的150 位学者,其中有两位中国人(周培源和林家翘)。
George Keith Batchelor(G.K. Batchelor)是 20 世纪国际流体力学大师,在均匀湍流理论和低雷诺数微流体力学领域做出了开创性的贡献, 他对流动追求物理和定量性理解的思想影响了近百年流体力学的发展,是流体力学顶级期刊 Journal of Fluid Mechanics 的创刊人, 也是剑桥大学应用数学与理论物理系 (DAMTP) 的创建者, 培养并影响了一大批在流体动力学理论、实验流体力学、湍流及稳定性、环境流体力学、多相流体力学、磁流体力学、微纳米尺度流体动力学等诸多领域建树卓越的学者。
1920 年 3 月 8 日, Batchelor出生于澳大利亚墨尔本, 17 岁时以高分被墨尔本大学录取, 并于 1941 年获得了数学和物理双学士学位。由于二战的原因, 从大学毕业的Batchelor加入墨尔本航空部从事与战争有关的航空课题研究。期间对湍流研究特别是当时流体力学大师泰勒 (G.I.Taylor) 在 1930 年代提出的湍流统计理论产生了浓厚的兴趣。1945 年 1 月,Batchelor 前往英国剑桥大学卡文迪许实验室跟随泰勒从事湍流问题的研究。1947 年他便当选为剑桥三一学院研究员,后历任剑桥大学流体力学副教授及应用数学教授。
1956 年,Batchelor 创办了流体力学顶级期刊 Journal of Fluid Mechanics (JFM) 并担任其首任主编 40 余年; 1959年创建了剑桥大学应用数学与理论物理系 并担任系主任至 1986 年; 倡导成立了欧洲力学联盟 (EUROMECH) 并担任第一任主席。他是英国剑桥大学 Adams 奖 (1951)、意大利 Agostinelli奖 (1986)、英国皇家学会奖章 (1988)、美国机械工程师协会 Timoshenko 奖章 (1988) 等奖项的获得者。
此外,Batchelor 还先后当选为伦敦皇家学会 (1959)、美国艺术与科学院 (1959)、波兰科学院 (1974)、法国科学院 (1984) 和澳大利亚科学院 (1989) 等众多学会与国家科学院院士,可以说是院士大满贯选手!
Batchelor 的研究工作主要集中在 1945—1960年间, 其学术贡献主要涉及到两个领域: 湍流和低Reynolds 数的微流体力学 (也被称为悬浮力学)。
1953 年, Batchelor 独立完成了湍流专著 The Theory of Homogenous Turbulence,系统地总结了他和在他之前湍流理论的主要进展, 是湍流领域影响深远的著作。而由他编写的流体力学的理论专著 An Introduction to Fluid Dynamics 也将这种思想和方法论贯穿始终, 成为流体力学的传世佳作。
期间许多研究成果被后人以Batchelor 的名字命名, 例如 Batchelor 涡、 PrandtlBatchelor 定理、 Batchelor-Chandrasekhar 公式、Batchelor 尺度等, 至今仍是湍流研究领域中热议的话题。
历届获奖者
2008年,第一届 Batchelor奖颁发给了哈佛大学的Howard Stone,他因以下的开创性研究工作而众所周知: 微尺度流体力学, 包括对滑移边界条件的研究, 混合控制, 电渗流效应; 泡沫流, 特别是提出和验证了新的泡沫渗流通用方程; 表面张力和表面效应; 生物流体力学; 胶体动力学。
此后,2012年,2016年以及2020年分别颁发给了其他国际知名的流体力学大师,感兴趣可以搜搜他们的简历。
2024年的获奖者
2024年1月,约翰霍普金斯大学机械工程 Louis M. Sardella 教授,荣获 2024 年 Batchelor 奖,Meneveau 教授因其对湍流和壁面流动研究的重大基础贡献,以及为风力发电机和风电场科学带来富有洞察力和严谨的流体力学以造福社会而获得该奖项。
他在韩国大邱举行的国际理论与应用力学大会上发表获奖演讲:“从我们的社区获得以 Batchelor 命名的奖项对我、我的学生、博士后和合作者来说意义深远。George Batchelor 在这一领域的不朽遗产与日俱增,尤其是随着流体力学变得越来越重要,尤其是在制定维持流体地球文明的战略方面。我感谢剑桥大学出版社设立这个奖项,并期待参加 ICTAM 2024。
Meneveau 教授获得了无数荣誉和奖项。他是美国国家工程院院士、智利科学院外籍通讯院士、美国物理学会、美国机械工程师学会和美国机械学院院士。他还通过成为多家顶级期刊的编辑委员会成员为流体力学界服务,包括担任 Journal of Fluid Mechanics 的副主编和 Journal of Turbulence 的主编(至 2015 年),以及推动 JHU Turbulence Database 的开发,这是一个开源数字平台,可促进大量高保真仿真数据的民主化。
Meneveeau 的团队正在追求的 LES 应用领域之一是研究大型风电场中的复杂流动。使用改进的仿真工具和风洞测试,Meneveau 和他的同事确定了平均流动能垂直夹带到一系列风力发电机中的重要过程。这项研究阐明了在风电场大幅增长的情况下限制风电厂性能的机制。这项研究导致了新的工程模型,这些模型将允许设计更好的风电场,从而提高其经济效益。
参考文献
[1]https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/announcements/prizes-and-awards/the-batchelor-prize-2024.
[2] 朱伟, 王国华. 浅谈流体力学发展——从 Batchelor 百年诞辰纪念大会谈起. 力学学报, 2023, 55(1): 24-37
Zhu Wei, Wang Guohua. Past and future evolutions of fluid mechanics: Thinking triggered by the Batchelor Centennial event. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2023, 55(1): 24-37
[3] https://engineering.jhu.edu/faculty/charles-meneveau/
[4]https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/announcements/prizes-and-awards