有幸参与了巴切勒1982的大工程

《创新话旧》第4章 （3）

 

 

温景嵩

南开大学 西南村 69楼 1门 401号

（2007年11月3日 于南开园）

 

 

 

 

 

 

4．３ 多分散沉降理论的建立

 

4．３．１ 我的贡献

 

如上所述,  巴切勒1972年单分散沉降理论是沉降研究中的一次重大进展,然而对沉降的统计理论而言,单分散沉降的成功还只完成了任务的一半,它意味着统计理论中的两大难题, 他只解决了一个积分发散；而第二个难题，即求解粒子对统计对分布方程难题仍有待解决,只有解决这一难题沉降的统计理论才算全部完成，才能突破单分散沉降理论的局限,把理论推进到多分散沉降理论阶段。多分散体系普遍存在于自然界和工程领域,真正的单分散系统只有在实验室中采取特殊设备才能制造出来。因此在应用上单分散理论也有很大的局限性,应予以突破建立更普遍的多分散理论。在多分散体系中，由于粒子大小，成分都不同，在重力的作用下，它们各自的沉降速度也就不同，因此它们之间也就存在相对的重力沉降速度。对分布方程中重力输送项也就不为0，对于这种多分散体系，即使仍假定粒子为硬球，不存在相互作用势，求解对分布方程的困难也不再能回避。只有解决了这一难题，才能建立起多分散沉降统计理论，而这一难题的解决是在我79年到了剑桥后，在我的协助下巴切勒才完成了这第二次突破。

在突破单分散沉降的局限，建立多分散沉降理论的过程中，无疑巴切勒是主角，我只起了一个配角作用，我的作用不可能更多。因为在我参加到他这个大工程中来时候，我对沉降的了解还只停留在1851年的斯托克斯孤粒子沉降理论。尽管如此，这贡献却并非无足轻重。具体地讲，我的贡献有两点，第一，得到了高皮克列特数下对分布方程在外域的一级近似解，第二，承担了这个大工程中全部数值计算工作。以上两点贡献，相对于巴切勒的自然很小，但很重要。尤其是第一点，应该说它起到了关键的作用。正如我前面曾指出的，从单分散沉降到多分散沉降，必须克服求解对分布方程的难题才行。1976年巴切勒虽然对多分散沉降进行了初步探讨，为大家描述了多分散沉降理论的轮廓，但那只能算是一个理论框架，还不是理论的真实内容。因为那时他还未能克服这个求解对分布方程的难题。1979年底我到了剑桥以后，和巴切勒一起研究我的工作时，也没有提到沉降工作，只是到了1980年他第一次访华时，我在研究悬浮粒子对流碰并的统计理论过程中，得到了不稳定系统高皮克列特数下对分布方程外域的一级近似解，待他回剑桥向他汇报后，才使他想起他1976年还未完成的多分散沉降工作，原来沉降和碰并虽是两个不同的课题，所面对的是两个不同的悬浮体系，但这个不同，在高皮克列特数条件下，仅仅表现在内域边界层上。而对于外域解却完全相同，再加上他当时做出的第二次近似，忽略掉布朗边界层的贡献后，我那个解就成全部区域中的解，放到沉降积分中去，就可得到高皮克列特数下多分散沉降的统计理论了。可见我那个解在建立多分散沉降理论中所起的作用，确实很关键。然而对我来说，那到是意外收获，是“无心插柳柳成行”。

在有了如上沉降的理论以后，巴切勒自己又很快得到低皮克列特数条件下的解，以及粒子大小比l，和粒子和介质密度差比g两个参数，趋于两个极端情况（0和无穷大）下的解。于是多分散沉降统计理论的一个相当完整的体系就此完成了。下一步该进行数值计算。这时巴切勒找到我，征求我的意见，问我是否愿意把我手头上的碰并工作暂时停下来，帮他把多分散沉降理论的数值计算工作完成，我当即表示愿意，这就是上面谈的第二点贡献。第一点贡献是“无心插柳”，第二点却是“自觉自愿”。是一次自愿地选择。这两点对沉降的贡献，使我自己的碰并工作暂时停了两年，但是完全值得，以后的发展，越来越使我认识到，当时自愿暂停两年的碰并帮助他完成多分散沉降理论，意义是多么重大，应该承认这是我那“闪光的8个创新点”中，影响最深远，意义最重大，最光辉的一个创新点。当然，这“光辉”主要是巴切勒的，我只是“沾了点光”。然而巴切勒本人对我这点“光”，也作了充分的肯定，以致在1981年9月他两次让我代表他向华沙的流体力学国际会议，以及维也纳的欧洲力学学会第144次会议做多分散沉降的报告。1982年2月他又让我代表他向瑞士苏黎世理工大学流体力学研究所做更详尽的 多分散沉降报告。报告后不久，我就结束了在剑桥的高级访问学者的生活回国。分手时，他一再向我表示感谢，感谢我对他的多分散沉降理论的贡献，他说没有我的帮助这一工作不可能完成。

 

 

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