在如今的大（dà）数据时（shí）代，超级（jí）计算（suàn）机堪称（chēng）数据处理方面的“最强大脑”。超级计算机（jī）有多（duō）牛？以（yǐ）排名世界（jiè）前列的（de）超级（jí）计（jì）算机Summit为例，全球人（rén）口（kǒu）不眠（mián）不休305天（tiān），才能完成Summit一秒钟完成的（de）计算。

这种强大的数学计算马（mǎ）力在对高度复杂的系统（tǒng）进行建模时派上了大用场，致（zhì）力于设计新一代风力发电机的GE工程师们正（zhèng）在利用Summit探究湍（tuān）流是如（rú）何阻碍海上风（fēng）力发电机性能的。具（jù）体而言，他们想（xiǎng）通过分析大（dà）西洋西（xī）岸的（de）沿海底层（céng）风场湍流来找寻此种（zhǒng）环境（jìng）中建设大型海上风电场的可能性。

对区域阵风（fēng）的精确计算分析（xī）可以让（ràng）风力发电机在不过载的情况下产（chǎn）生更多风电能源、提高机组可靠（kào）性、降低维护（hù）成本，并（bìng）使可再（zài）生（shēng）能源结构（gòu）进（jìn）一步优化（huà）。

超级计算机模拟显示了三（sān）台（tái）风力发电机（jī）横截（jié）面（miàn）上的瞬时风速。图片来源：GE Research

由（yóu）于沿海（hǎi）底层风场湍流充满了（le）不确定性，目（mù）前的风力发电行业对它的认知还（hái）非（fēi）常有限。在大多（duō）数风力条件下（xià），离地越远，风速越快（kuài），但是沿海底（dǐ）层风场却不是（shì）这样，就像抛物线一（yī）样，风（fēng）力从（cóng）地面向（xiàng）上（shàng）时先加速（sù）到最（zuì）大风速，然（rán）后随（suí）着高度上升开始减（jiǎn）速。一些科学家（jiā）们认为这其中有低空海陆风（fēng）对流的影响，向岸的（de）风会受到（dào）地面摩擦力的干扰，离岸的风在经过相对平滑的地面（miàn）上则摩擦（cā）阻力会（huì）更小一些。

搞清楚沿（yán）海底层（céng）风场的（de）风（fēng）力作用（yòng）意味着需要对气（qì）流进行（háng）大（dà）量（liàng）细致的建（jiàn）模。这个计算过程实际（jì）上是十分复杂的，因（yīn）为（wéi）每一台风力（lì）发（fā）电机都会对（duì）风（fēng）力（lì）有所干扰，会使（shǐ）得风场状态趋向于（yú）一些无序，这时候（hòu）就需要强大如Summit这（zhè）样的超级（jí）计（jì）算机进行（háng）数字处（chù）理。正如GE空气（qì）动力学工程师Jing Li所说：“有（yǒu）了超级计算机，你就不必局（jú）限于观（guān）察风如何穿过某一个叶片，你可以观察几十（shí）台甚（shèn）至几百（bǎi）台风机在一（yī）个（gè）大型风场（chǎng）中（zhōng）的状态。”

超级计算机（jī）Summit

Li和团队目前就在（zài）利（lì）用先进建模技（jì）术，进行一（yī）项名（míng）为从大气到电子（A2e）的研究（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，因此需要不同尺度的建模（mó）。从气候模型（xíng）到具体天气模型，从风（fēng）力模型（xíng）到具体风电场风电机，由此层层往（wǎng）下（xià）深入，探究风（fēng）穿过叶片的各种航迹是如何影响到整个风电场的性能的。

当计算科学家基于物理建立模型时（shí），往往需要将数值的复杂性限制在（zài）计算机系统可实际（jì）运行（háng）的范（fàn）围内，所以传统上会对每个（gè）尺度建立不同的物理模（mó）型。而超级计算机的计算能力可以集成这些跨尺度的多个模型。

未来一（yī）年，他们计划完成哪些工（gōng）作（zuò）？

首先，他们将收集大量的（de）风力数据，以确定在（zài）大（dà）西（xī）洋沿岸地区发现的特定低空风场模式。

下一步（bù），他们（men）将（jiāng）模拟风场随时（shí）间变化以及超（chāo）出高度测量范围（wéi）的强度和速度，来研究（jiū）大（dà）气湍（tuān）流下的载能问（wèn）题。

最后，他们将使用这些（xiē）模（mó）拟实验的（de）输出数据作为（wéi）模（mó）拟风（fēng）电场的（de）气流（liú）数值，以便最终计算出最佳的负载能力和发电量。

事（shì）实上，复杂（zá）湍流（liú）的模（mó）型事（shì）实（shí）上（shàng）可以应用于众多其他领域。在许多工程（chéng）和科学问题中，湍流的概念（niàn）都存在，从风力（lì）、天气和气候到发动机、发电机，以及血流动力（lì）或核磁（cí）共振之类的医疗（liáo）应用（yòng）中，都可能涉及到湍流。未（wèi）来，GE工程师们还（hái）将继续拓展超级计算（suàn）机（jī）的应用（yòng），为技术和解决方（fāng）案的创新提供（gòng）强大的动能。