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  1909年4月4日出生於山東省榮成縣。1930年,郭永懷入南開大學預科二年乙組讀書,次年8月升入南開大學理科,決心攻讀物理學。南開大學當時沒有物理系,他打聽到電機系有一位物理學教授叫顧靜徽,就投到她的門下,成了她唯一的物理專業的學生。顧非常賞識這位好學不倦的學生,為他單獨開課。曾在南開大學任教的饒毓泰歸國後到北京大學任教,郭永懷仰慕饒毓泰,顧靜徽推薦他轉學北京大學。1933年,郭永懷通過北京大學入學考試,考入北京大學物理系,1935年畢業。1939年考取中英庚子賠款出國留學名額,1940年赴加拿大多倫多大學應用數學系學習,半年後獲碩士學位。1941年到美國加州理工學院師從空氣動力學權威西奧多·馮·卡門教授研究可壓縮流體力學,1945年獲博士學位後留任研究員。1946年起在美國康乃爾大學任副教授、教授。  郭永懷在跨聲速流領域和奇異攝動論方面有重要貢獻;與錢學森共同發表的論文《可壓縮流體二維無旋亞聲速和超聲速混合型流動及上臨界馬赫數》提出“上臨界馬赫數”的概念。郭永懷還發表了《跨聲速流的穩定性》、《可壓縮流體二維無旋跨聲速流動》、《繞翼型的二維跨聲速流》、《論二元光滑跨聲速流的穩定性1》等跨音速研究論文。郭永懷還發展了奇異攝動法,即PLK方法(龐加萊-萊特希爾-郭永懷方法)。  中國抗日戰爭勝利後,胡適任北大校長,積極發展北大工科。饒毓泰向胡適推薦正在美國任教的郭永懷、朱蘭成、馬大猷等青年才俊,同時提議由錢學森擔任應用力學系主任。後因錢學森暫時無法離美而未果。新中國成立後,受錢學森之邀返中國,郭永懷夫婦離美前,在趙元任家吃告別晚餐。胡適感嘆說:“像郭永懷這樣的人都要回國了,真是人心所向啊。”1956年10月回國後任中國科學院力學研究所研究員、副所長。1957年任中國力學學會副理事長,同年聘為中國科學院數學物理學化學部學部委員。他是中國大陸力學事業的奠基人之一,在力學、應用數學和航空事業方面有卓越貢獻,是科技工作的領導人和組織實施者。1958年,中國科學技術大學建立了化學物理系,郭永懷擔任首任系主任、教授。  1960年5月調任第二機械工業部北京第九研究所(1964年2月改為第九研究院)副所長、副院長。在中國原子彈、氫彈的研製工作中,經錢學森推薦,領導和組織了爆炸力學、高壓物態方程、空氣動力學、結構力學和武器環境實驗科學等研究工作,解決了一系列重大問題。  1968年12月5日,郭永懷從青海省執行任務返回北京時,乘坐的伊爾-14型640號飛機在飛至北京上空約400米高度時突然因發動機故障而在首都機場跑道南端1209米處墜毀。郭和同機警衛當場喪生。在清理飛機遺骸時,人們發現郭永懷和他的警衛牟方東緊抱在一起,兩人身體之間緊夾著剛剛獲得的氫彈試驗資料。他們二人的骨灰埋藏於中國科學院力學研究所中郭永懷的塑像下。1999年被授予“兩彈一星功勳獎章”,是該群體中唯一一位獲得“烈士”稱號的科學家。  1982年12月,科學出版社出版了《郭永懷文集》。1985年,郭永懷補授予一項國家科學技術進步獎特等獎。1999年,郭永懷被追授予研製“兩彈一星”有突出貢獻的科技專家,並榮獲兩彈一星功勳獎章。2003年9月18日中國科學技術大學創辦45週年之際,郭永懷的遺孀李佩 將這枚勳章捐贈中國科學技術大學。

  2018年7月,國際小行星中心正式釋出公告,編號為212796號的小行星被永久命名為“郭永懷星”,編號為212797號的小行星被永久命名為“李佩星”。
郭永懷(1909年-4月4日-1968年-12月5日),山東榮成人,中國流體力學家。1999年頒發兩彈一星功勳獎章受勳23位科學家之一,主導兩彈一星之中原子彈的力學研究。