在如今的（de）大数据时代，超（chāo）级计算机堪称数（shù）据处（chù）理方（fāng）面的“最强大脑”。超级计算机有多牛？以（yǐ）排名世界前（qián）列的超级（jí）计（jì）算机Summit为例，全球人口不眠不休305天，才能完成Summit一秒（miǎo）钟完成（chéng）的计算。

这种强（qiáng）大的数（shù）学（xué）计算马（mǎ）力在对高度复杂的系统进行（háng）建模时派上了大用场（chǎng），致力于设计新一（yī）代（dài）风力发电机的（de）GE工程师们正在利（lì）用Summit探（tàn）究（jiū）湍流（liú）是如何阻碍海上风力发电机性能的。具（jù）体（tǐ）而言，他们想通过分析大西洋（yáng）西岸的沿海底层（céng）风场湍（tuān）流来找寻此种环境中建设大（dà）型海上风电场的可能性。

对区域阵风的精（jīng）确计算分析（xī）可以让（ràng）风力发电机在不过载的情况下产生更多风电能源（yuán）、提（tí）高机组可靠性、降低维护成本，并（bìng）使可再生能源（yuán）结（jié）构进一步优化。

超级计（jì）算机模拟显示了（le）三台风力发（fā）电机横截面上（shàng）的瞬时风速。图片来源：GE Research

由于沿海底层风（fēng）场湍流充满（mǎn）了不确定性，目前的（de）风力发（fā）电行业对它的认（rèn）知还非常有限（xiàn）。在大多数（shù）风力（lì）条件下，离地越远，风速越快，但是沿海（hǎi）底层风场（chǎng）却不（bú）是这样（yàng），就像抛（pāo）物线一样（yàng），风力从地面向（xiàng）上时先加速到最大风（fēng）速，然后随着高度上（shàng）升开始减速。一些科学（xué）家（jiā）们认为这其中有低空海陆风对流的影响，向岸的风会受到地面（miàn）摩擦力的（de）干扰，离岸的风在经过相对平（píng）滑的地面上则摩擦阻力会（huì）更（gèng）小一些。

搞清楚（chǔ）沿海底（dǐ）层风（fēng）场的风力作（zuò）用意味（wèi）着需要（yào）对气流进行大（dà）量细致的建模。这个计算过程实际上是十分（fèn）复杂的，因为每（měi）一台风力发电机都会对风力有所干扰，会（huì）使（shǐ）得风场状态（tài）趋向于一些无序，这（zhè）时候就需（xū）要强大如（rú）Summit这样的超级计算机（jī）进行数字处（chù）理。正（zhèng）如GE空（kōng）气动力学工程师Jing Li所说：“有了超级计算机，你就不必局限于观察风如何穿过某一（yī）个叶片，你（nǐ）可（kě）以（yǐ）观察几（jǐ）十台甚至几百台风机在一（yī）个大型风场中的状态。”

超级计算机Summit

Li和（hé）团队目前就（jiù）在利用先进建模（mó）技术，进（jìn）行一项（xiàng）名为从大气到（dào）电子（zǐ）（A2e）的研（yán）究（jiū）计划。该计划的核心目的是在不同的尺度上精准地描述这（zhè）个世界，因此（cǐ）需要不同尺度的建模。从气候模型到具体天气模型，从（cóng）风力模型到具体风电场风（fēng）电机，由此层层往下深（shēn）入，探究风（fēng）穿过叶片（piàn）的（de）各种航迹是如何影响到整个风（fēng）电场的性能的。

当计算（suàn）科学（xué）家基（jī）于物理建（jiàn）立（lì）模型时，往往需要将数值的复杂性限制在计算机系统可实际运行的范围内（nèi），所以传统（tǒng）上会对每个尺度建立不同的物理模型。而超级计算机的计算能力可以集成（chéng）这些（xiē）跨尺度的多个模型。

未来（lái）一年，他们计划完成哪（nǎ）些工作？

首先（xiān），他们将收集大量的风力数据（jù），以确定在大西洋沿岸地（dì）区发现的特定低空风场模式。

下一步（bù），他们将模拟风场随时间变化（huà）以及（jí）超出高（gāo）度测量范（fàn）围的强度和速度，来（lái）研究大（dà）气湍流下的（de）载能问（wèn）题。

最后，他（tā）们将使用（yòng）这（zhè）些模（mó）拟实（shí）验的输出数据（jù）作为模拟风电场的气流数值（zhí），以便最（zuì）终（zhōng）计算（suàn）出最（zuì）佳的负（fù）载能（néng）力和发电量。

事实上，复杂湍（tuān）流的模型事（shì）实上（shàng）可以应用于众多其他领域。在（zài）许多工（gōng）程和科学问题中，湍流的（de）概念（niàn）都存在，从风力、天气和气候到发（fā）动机、发电机，以（yǐ）及（jí）血流（liú）动力或核磁（cí）共（gòng）振之类的医疗应用中，都（dōu）可能涉及（jí）到湍流。未来，GE工程师们还将继续拓（tuò）展超级计算机的应（yīng）用，为技术和解决方（fāng）案的创新提供强大的动能。