这是一个苦难又精彩的世界，值得我们奋发和奉献，也永远值得欣赏和回味。
申功炘
（1938.3-2015.3）
中国实验流体力学全流场观测理论及技术
的探索者和创始人
流体力学是一门古老而又依然充满生机的基础学科。大禹治水是人们尊重自然、解决洪灾的美好传说；经过近几个世纪的努力，形成了基本完备的流体力学理论体系；然而湍流问题依然是经典物理遗留下的世纪难题……
由于流体力学研究对象——流体（如空气和水）大多均匀透明，流动形态不可见，人们总是力图使其可视化，以便能达到对流动的观测和理解。因而流体力学的进展几乎和流动显示不可分割。流体力学的发展史、流体力学的重要发现和突破及在工程应用和设计的理解和启发都离不开流动显示，足以见证流动显示在流体力学领域中的重要地位和作用。许多重要进展，无不与流动显示，新的观测方法和技术的进展相关。
▲ 流动现象
流动显示是一个学术名词，已经有数百年的历史，但实际上人类早就从自然界的观察中开始认识流体的流动现象，如从美丽的景色所看到的水的流动和旋涡现象，古老的建筑上就有波浪和旋涡的图案。
实验流体力学用观察和实验方法研究流体行为，是流体力学研究方法学上重要的分支之一。实验流体力学是流体力学的基础，很多基本概念的提出、重要定律的获得以及理论体系的建立来源于流体实验的支持。如雷诺1883 年管道流实验发现转捩现象，提出了两种不同的流动状态“层流”与“湍流”及其“转捩”的概念；普朗特1904 年水槽实验观察到边界层与分离现象，提出“边界层” 的概念；著名的卡门涡街理论也由冯· 卡门通过分析普朗特的博士生卡尔观测圆柱体后面的流动实验结果而获得的。
▲ 层流、湍流分离流动显示示意图
流体测试技术是现代实验流体力学发展的关键，涉及流体力学、光学、传感、计算机技术、图像处理、数据信号分析等多个学科。新技术的应用，极大地带动了流体测试技术的进步，也为实验流体的发展带来了机遇和挑战。现代流体测试技术的发展，已使我们对流体运动有了更深刻而全面的了解。其技术实践的发展历程经历了从定性到定量、从宏观到微观、从大尺度到微纳米尺度、从单点到全场、从后处理到在线实时、从抽象到直观，并仍在不断地探索前进中。流体测试新技术的发展牵引着流体力学的新发现，也检验及验证流体力学其他研究的预测和应用。
流动显示从最古老的方法，到不断发展的各种各样的方法，引进了很多高新技术，从显示外观到显示流体内部流动，从定性到定量，实现所谓定量化流动显示。现在被作者称之为“全流场观测”（Full flow field observation & Measurement, FFFOM）技术，实现了既定性又定量，既具全流场观测又具点分辨力的观测技术，乃至今日已成为当代流体力学全流场观察和测量最接近理想和实用的手段，也成为揭示非定常复杂流动特性和机理最重要的方法和途径。
▲ 申功炘教授
申功炘教授是中国实验流体力学全流场观测理论及技术的探索者和创始人，倾其一生致力于流动显示与流场测试技术的发展。1960 年，申功炘从北京航空航天大学（原北京航空学院）毕业并留校从教于应用力学系。1982 年，他有幸得到陆士嘉、庄逢甘、文传源和吴耀祖先生的推荐和指导，经选拔考试成为改革开放后第一位赴美国加州理工学院航空系的访问学者，参加了由H．Leipmanm D、Coles A．Rochko、吴耀祖以及P．Dimotakis 等教授组织的人工湍流边界层流动结构特性和机理的实验研究以及当时最先进的流场内部结构PLIF 激光片光测试技术的研发等，了解到了实验流体力学的精深和当时实验流体研究的前沿。回国后，1985年起历任北京航空航天大学流体力学研究所副教授、教授、博士生导师。
申功炘教授和普朗特的边界层速度型实验水槽模型合影
普朗特1903年的水槽实验，用微小粒子流动显示方法观察到边界层和它的分离现象，是最初对边界层的理解，是实验流体力学的里程碑，此水槽模型陈列在德国哥廷根宇航院（DLR），图为作者和水槽的合影。
申功炘教授的贡献和成就表现在多个方面，如：创新性设计和实现了中国风洞现代电子控制和测量技术及应用；开创性提出和探索了全流场观测理论、技术及应用；开创性开展了仿生实验流体力学的研究。为我国航空航天、空间科学、流场仪器商业化、科研管理以及海外科技等领域培养了多种复合型人才。一生最有代表性的成就是实验流体力学全流场观测的理论、方法、技术以及应用基础的开创性探索。发表论文120 余篇，合作著作5 部，获国家发明专利2 项，获各种部级科技成果奖10 余项。曾担任《力学进展》常务编委，《实验流体力学》编委等。主办国际会议，担任各种国际学术会议学术委员会主席、副主席、委员等。
申功炘教授，早在2010 年体检查出肺癌，他没有把病情告诉任何人，自己默默承担下来，坚持本书稿（《流动显示与测量技术及其应用》，申功炘, 康琦著. 北京：科学出版社,2020.11）的写作，直到生命的最后时刻，为他所热爱的事业鞠躬尽瘁，将自己一生的心血与积累凝聚在本书中。2015 年3 月1 日，他走完了他坎坷的、探索的、执着的、也是浪漫的一生。正如他自己所说：“这是一个苦难又精彩的世界，值得我们奋发和奉献，也永远值得欣赏和回味。” 按照申功炘教授留下的愿望，我们整理完成了这本书稿，又撰写补充了书稿后面几章内容，奉献给实验流体界的同行和同学们。
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非常荣幸与我的老师申功炘教授共同完成本书的出版，完成申老师的心愿。感谢申功炘教授的各位学生共同工作的贡献，特别是段俐研究员后期对书稿大量的校对、编辑和整理工作；感谢申功炘教授的夫人罗又华女士对完成本书给予的全力支持。
康琦
2020 年6 月
本文摘编自《流动显示与测量技术及其应用》（申功炘, 康琦著. 北京：科学出版社,2020.11）一书“前言”，有删减，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-064852-5
责任编辑: 赵敬伟
本书从流体运动的基本理论、流体测量技术的基本原理以及图像处理技术和数字信号分析的基本原理出发，系统介绍流线、迹线、染色线、时空尺度分析等基本概念，定性的流动显示技术（直接注入法流动显示、表面流动显示方法、光学流动显示法、激光空间流动显示等），定量的全流场实验测量（激光诱导荧光技术LIF、表面压力PSP 及温度测量TSP 技术、红外测量技术、粒子图像测速技术PIV），并给出大量相关测量技术的应用及例证。内容覆盖了对流体压力、速度、浓度、密度、温度、自由面及界面形变等关键物理量测量技术的发展及实现。希望通过本书，能够让各位学者体会实验流体力学发展的历史性、继承性、多学科关联性以及具有的广阔拓展性。新技术的迅猛发展，流体测试技术的不断突破，必将促进人们对流体运动规律及机理的深刻认识和理解。
本书对流体力学相关专业的科研人员有参考价值，亦可作为本科高年级学生及研究生的教材及教学参考书。
（本文编辑：刘四旦）
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