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王连平——美国德立华大学教授

2013-01-07 10:02:59

文/屈友芳 王仙文 图/摄影师 Evan Krape

王连平——美国德立华大学教授

王连平在工作中

  王连平,临海市沿江镇人。美国德立华大学教授,是当今国际上在湍流多相流体力学和数值方法两个领域的专家。

  14岁的大学生

  1965年12月,王连平出生在临海沿江镇兰道村的一个农民家庭,家里共有5个孩子,王连平排行老三。

  当时家里的日子极其清苦,王连平的父母虽然文化程度都不高,但从小就教育几个孩子要好好读书,独立自强,长大才有出息。

  看到父母每天起早摸黑,懂事的王连平从小学习就非常刻苦。5岁开始在兰道村读小学,成绩始终保持在班上第一名。

  1976年小学毕业后,王连平到附近的丁家山头中学读初中。1978年,王连平顺利地考进了省级重点中学台州中学。

  1980年,年仅14岁的王连平通过高考进入浙江大学力学系学习。当年9月初入学时,直接到杭州的汽车票已经卖完了。为了省钱,王连平就一个人用扁担挑着行李,先坐汽车到宁波,再从宁波转火车到杭州。这是他生平第一次出远门,回想起当时的情景,王连平依然历历在目。

  当时到浙江大学报到时,其他同班的大一新生都有家长陪同而来,只有王连平没有。这让当时接待新生的老师们印象深刻。“王连平是班上年龄最小的学生,却也是唯一一个独自来报到的学生。”据老师回忆,一开始王连平的总体学习成绩属于中等,在班上并不突出。但他非常努力,到了第三年,除了英文外,门门成绩名列全班第一。

  一路耕耘一路收获

  “流体力学是经典力学或连续介质力学的一个重要组成部分,它很自然地融合应用数学、物理、科学、工程等学科。”好在王连平的数学功底一向十分扎实,这给他学习流体力学提供了很大的方便。

  多年后,王连平才深深体会到流体力学的用处极广,“从我们每天呼吸的空气到我们喝的水都涉及流体力学。”王连平说,汽车依靠液体燃料与空气混合而飞跑,人体的血液不停地在大小血管中流动。对液体和气体动力学的深入了解,不仅是一百年前人们设计创造汽车和飞机的科学基础,也是当前设计创造一切绿色能源技术和新的医学设备的不可或缺的理论依据。更进一步,“如果我们想知道人类对环境的破坏程度且没法修复,我们必须学会模拟大气和海洋的动态特性。大气和海洋正是大名鼎鼎的复杂流体力学系统。”

  浙大的学习为王连平以后做流体力学研究打下坚实的理论和数学基础。在老师的影响下,王连平开始涉及湍流多相流体力学。王连平介绍,湍流和多相流体力学是流体力学中两个比较难的研究方向,两个合在一起更是难上加难。

  1984年大学毕业后,因成绩出色,他免试在浙大继续读硕士研究生,师从范正翘等人,做气固二相流方面的基础研究。1986年,经范老师介绍,王连平转入美国华盛顿州立大学直接攻读博士,师从David Stock 和 Clayton Crowe等国际著名教授。

  在位于华盛顿州东部小城波尔曼的华盛顿州立大学,王连平一边做助教,一边做研究,日子过得清苦而充实。

  王连平的研究方向是重颗粒在湍流场中的扩散。读博四年期间,共先后发表了7篇高质量的论文,涉及理论、实验、计算等各个方面。其中发表在国际一流杂志《大气科学杂志》上有关重颗粒与湍流的互关联关系,后被人们称为“Wang-Stock关联公式”,被广泛应用在建立重颗粒的数学模式上,并被国际知名的商业计算流体软件包FIDAP 用来改善湍流多相流建模上。而发表在《大气环境》杂志上的有关建立重颗粒轨迹随机模型的理论分析,则大大提高了人们对同一类随机模型的建模参数的理解。

  1990年,王连平取得博士学位后,加入美国东部布朗大学著名教授Martin Maxey门下做博士后研究。在1990到1992年,他和Maxey率先用直接数值模拟研究重颗粒与湍流小尺度结构的相互作用,发表了6篇后来持续引领这一领域的文章。其中1993年发表在《流体力学杂志》上的文章,截至2012年11月单篇引用次数超过380次,成为这一领域无可争议的经典之作。

  “直接数值模拟是一种基本上没有任何近似的求解流体力学数值解的研究方法,是研究湍流小尺度结构动力学的理想方法。”王连平说。1992年到1994年,他加盟宾西佛尼亚州立大学,与Jim Brasseur 和 John Wyngaard两位教授及当时在Los Alamos实验室的陈十一博士合作,继续用直接数值模拟来研究湍流机理和标度率,在《流体力学杂志》上发表两篇重要论文,为湍流标度率提供了多项标准数据。

  “永远当一个学生”

  1994年,王连平在300多人申请一个教授位置的情况下赢得竞争,被德立华大学聘用。在美国,要得到终身教授职称,需要在限定时间内独立地在研究、教学等方面都取得无可争议的成果。当时,王连平做的是基础研究,争取研究基金是一个难题。

  “我的思路是发展与别人合作,开发应用前景,同时保持自己在基础研究上的优势。”王连平开始研究湍流场中颗粒碰撞率,因为这一问题与大气科学云团物理学中的暖雨现象、化学工业中颗粒生成等应用问题有密切关系。他以直接数值模拟为研究工具,系统地研究湍流对颗粒碰撞率的理论描述和定量预测。王连平开始与美国国家大气研究中心的云物理专家 Wojtek Grabowski 博士合作,共同向美国国家科学基金会申请研究基金。经过不懈的努力,2001年,王连平同时获得终身副教授职称和美国国家科学基金会的一个重要项目。

  从此,王连平敲开了国家科学基金会的大门。他与 Grabowski 博士一直合作至今,连续又得到国家科学基金会其它三个重要项目,一步步揭开湍流对颗粒碰撞率和暖雨生成时间的定量预测的影响,为最终彻底解决这一困惑大气科学家70多年的难题提供了明确的思路和方向。他们的研究成果陆续发表在《大气科学杂志》上,引起国际学术界的高度重视。王连平被美国加州大学、德国 Max Planck 研究院、英国皇家学院、法国国家科学研究中心、韩国延世大学等特别盛邀作专题研究报告。他在这一领域的论文被《大气研究》杂志连续两年(2010,2011) 评为50篇最多引用的论文之一。

  2005年开始,王连平又与德立华大学土壤实验科学家金妍教授合作,研究涉及地下水系统中类胶质的传输。对王连平来说,这又是一个新的挑战。

  “这项研究要同时考虑胶质与胶质、胶质与地下水流、胶质与多孔介质表面的相互作用。”王连平介绍说,随着纳米科技的开发,纳米颗粒将不可避免的进入环境和地下水源。尽管目前纳米颗粒对环境的影响是个未知数,但这项研究最终可以发展预测纳米颗粒对地下水污染的方法。

  同时,多孔介质流在材料研究和石油开发等方面具有应用价值。因此,尽管这方面的研究刚刚开始,美国农业部和国家科学基金会都同时拨出了项目基金。

王连平——美国德立华大学教授

  30多年来,王连平始终耕耘在科研与教学第一线,孜孜不倦,他的工作多次受到嘉奖。1996年,德立华大学授予王连平 Francis Alison 年度青年学者奖、杰出教师奖。2005年他被美国国家大气研究中心授予智深学者奖。2006年,被中国国家自然科学基金会授予杰出海外学者奖。2011年,被选为美国物理学会员;同年被华中科技大学推荐,聘为教育部长江学者讲座教授。目前,王连平已培养毕业了10多位博士生。

  2009年初,王连平被德立华大学晋升为终身正教授职称,成为国际上在湍流多相流体力学和数值方法两个领域的专家。

  “路漫漫其修远兮。”王连平说,自己与流体力学结缘多年,才知流体力学真正的博大精深。因此,“我应该常学多问做‘学问’,永远当一个学生,要进一步开阔思路,还有很多跨学科的流体力学课题等着我去探索。”

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