高智——中國科學院力學研究所研究員

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最后更新：	2013-10-17

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高智男，1937年11月生。1955年山西省祁縣中學高中部畢業，同年考入北京大學數學力學系，1960年畢業。1961年畢業。1961年至今在中國科學院力學研究所從事科學技術研究工作，研究領域包括流體力學、計算流體力學、湍流、流體力學與激光相交叉的學科領域，也做過教學工作。先后被中國科學院力學所聘任為研究員、助理研究員、副研究員、正研究員；1985年被國務院學位委員會增選為流體力學專業博士學位研究生導師，先后指導十多名碩士和博士研究生畢業。曾任課題組和工程項目組長、研究室主任，中國科學院力學所高溫氣動開放實驗室和中國科學院力學所學術和學位委員會委員、所學術顧問；曾受聘為中國科學技術大學研究生院、北京大學、四川大學兼職教授和研究生導師；曾受聘為力學進展、應用數學和計算力學學報編輯委員會編委。1991年南京航空學院（后改名為南京航空航天大學）授予他名譽教授稱號，他享受國務院頒發的政府特殊津貼。

他主持的科研項目獲得中國科學院自然科學獎一、二等獎各一項，三等獎二項。他（包括他與合作者）在國內、外學術刊物（如中國科學、力學學報，J.Comput.Phys和 Appliws Optics等）發表論文一百三十多篇。他從事研究的特點是：善于抓住問題的物理本質，并提煉成數字語言（方程、模型和方法），重視提煉結果的實際應用。

研究成果：

一、粘性流體力學方面：

（1）1967年他與國外學者同期獨立提出擴散拋物化Navier-Stokes (DPNS)方程組，同年合作提出求解DPNS方程組的空間推進算法，并用于計算高速非平衡繞流工程項目。DPNS方程組亦稱拋物化NS或薄層NS方程組，在航空航天能源動力等的流體工程計算中得到廣泛應用，DPNS方程已成為與著名Euler方程并列的流體力學基本方程，空間推進算法亦在流體工程計算中得到應用。

（2）提出描述對流擴散非線性競爭過程的擴散拋物化理論，為Navier-Stokes(NS)方程組及其離散方程和流體運動穩定性方程組的簡化提供了統一的力學簡化理論。

（3）提出剪切流及其線性化和非線性擾動流存在同一對流擴散競爭尺度結構的尺度結構不變性理論，由此導出廣義Orr-Sommerfeld穩定性方程和擴散拋物化穩定性方程（DPSE）,DPSE亦稱拋物化穩定性方程（PSE）,在可壓縮流穩定性計算中得到了廣泛應用；提出DPSE和DPNS方程數學性質的特征次特征分析，證實DPSE和DPNS方程組并未拋物化而僅為擴散拋物化的數學性質。

（4）近幾年又提出數值計算中耦合擴散拋物化（DP）理論的算法：按照DP理論，網絡間距在所有方向大于耗散尺度的區域控制方程為Euler方程組，在部分方向大于部分方向為耗散尺度大小的區域為DPNS方程組，網格間距在所有方向為耗散尺度大小的區域為NS方程組；故可聯解Euler,DPNS和NS方程組計算高雷諾數繞流流動，稱作物理分區或離散流體力學算法；合作證實了該算法正確有效與物理直觀相符且節省機時。

（5）提出粘性項只保留剪切粘性項的廣義擴散拋物化NS方程理論和算法研究獲得1997年中國科學院自然科學一等獎。DPNS(即PNS)方程被寫入多部流體力學和計算流體力學專著；Euler，DPNS和NS方程被許多氣動計算軟件選作三組基本控制方程。

二、激光與氣流介質相互作用現象研究：

（1）對氣流化學激光性能的分析計算，1979年他提出氣流用連續介質方程描述、激光能級粒子隨機熱運動效應用氣體動力學（GK）方程描述的半氣體動力學（SGK）模型，獲得與激光強度有關的非線性增益飽和關系，比線性增益（激光能級粒子速度分布假定為麥克斯韋分布）即常用的速率方程模型的適用范圍更寬廣。合作把SGK模型較系統地應用于計算氣流HF/DF化學激光等的性能（包括強度、功率、效率等）。他利用SGK模型預言了氣流化學激光增益的反常飽和規律、合作算出反常飽和譜線形，理論結果均得到超聲速HF化學激光的實驗證實。

（2）近年來合作把SGK模型由氣流化學振一轉躍遷激光拓廣到氣流化學電子態躍遷激光，分析計算了氣流化學氧碘激光（COIL）的性能，增益反常飽和規律和反常飽和譜線形等。該項研究成果于1988年在氣流化學激光國際會議上做了大會邀請報告，獲得1999年中國科學院自然科學二等獎，并被寫入“激光技術物理”（1993）教科書中。

三、兩相流研究：

1986年他引入兩相流固有的小參數，提出包含該小參數的混合相和相馳豫方程組理論。該文發表在《中國科學》上。

四、計算流體力學研究：

對流運動微分方程的有限差分近似（格式）和積分方程的有限體積格式，提出高格式精度的數值攝動方法；該法通過修正空間差分項系數或界面通量的數值，即把系數和通量的數值攝動展開成網格間距的冪級數，并利用運動方程中諸項之間的關系求出冪級數的系數，由此獲得高精度攝動有限差分（PFD）格式和攝動有限體積（PFV）格式。他（包括他豫=與合作者）具體構造了對流擴散方程，不可壓和可壓縮NS方程組等的PFD格式和PFV格式；PFD格式具有使用最少的基點（對一、二和三維問題分別使用三、五和七個基點）、邊界和內點PFD格式精度一致等優點。PFV格式具有使用最少控制單元（使用控制單元與一階迎風格式使用單元相同），邊界和內點PFV格式一致，非結構與結構網格、變步長與等步長的PFV格式一致等優點。合作證實了所構造PFD和PFV格式的高精度、高效、魯棒性好的優良性能。馮康院士稱該法“真正把分析方法引入格式之中”，美K.R.Rajagopal教授稱該法是“計算流體力學和傳熱傳質學領域的重大進展”。PFD方法被稱作高智-陳國謙方法寫入講義，PFV方法比PFD方法適用范圍廣且簡單，被《十•五》氣動計算軟件開發項目選作實用算法，正著手轉入氣動計算軟件平臺。

五、對湍流研究:

（1）合作導出均勻各向同性湍流的譜線形為Gauss線性。提出二維無粘-粘性干擾湍流邊界層理論，經典湍流邊界層，湍流邊界層分離三層理論是該理論的特例，由此導出擴散拋物化Reynolds平均NS方程和擴散拋物化κ-ε方程。

（2）他和莊逢甘院士合作建議把湍流尺度間相互作用的近程規律用于湍流的統計平均分析，由此提出湍流的多尺度方程組。在湍流運動可用非定常NS方程組描述的前提下、給出近程尺度范圍的合理估計、導出近程湍流應力、近程湍流熱傳導諸公式，并引入尺度間共振互作用的概念，導出共振湍流應力、共振湍流熱傳諸公式，給出不可壓縮和可壓縮湍流、不包含任何尺度即大小尺度方程組計算了典型不可壓縮湍流，初步數值地證實近程湍流應力諸公式正確、有效，初步證實多尺度模型是湍流計算的一個有效途徑。

六、合作研究過管道流量自動調節、再入大氣飛行軌道、再入大氣物理現象、邊界元算法和WENO格式等。

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