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数据与分析

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更新于 10-21 16:38

技能介绍

FluidSim 是一个用于 Python 定义数值求解器的框架，尤其面向周期性笛卡尔伪谱法 CFD。上游 FluidSim 采用 CeCILL-2.1 许可，本技能仅对自身 frontmatter 采用 MIT 许可。

用途

该技能用于规划、配置、检查、重启和分析有界的 FluidSim 计算流体力学模拟，并强调显式的数值有效性与 HPC 安全。它不把一次完成的运行、稳定的时间步、平滑的曲线或程序正常退出当作数值收敛或物理有效性的证据。

主要能力

  • 求解器选择：支持 ns2d、ns2d.bouss、ns2d.strat、ns3d、ns3d.bouss、ns3d.strat 等笛卡尔 CFD 求解器；0.9 注册表还包含 plate2d、sw1l 变体、waves2d、1D 模型、0D 模型、球面求解器和框架适配器。注册表中存在并不代表求解器适合某个科学问题，需在求解器源码中核实方程、变量、几何、边界和诊断量。
  • 参数配置：通过 Simul.create_default_params() 生成默认参数并检查后再修改。ParamContainer 拒绝未声明的属性。
  • 强迫与时间推进：强迫是求解器特定的，例如 tcrandom 类型；伪谱方案包括 Euler/RK2 相移变体、RK2_trapezoid 和 RK4。命名阶数并不确立精度，需检查 CFL、快波/扩散极限、deltat_max 和时间步细化。
  • 输出、加载与重启：可用 load_sim_for_plot 进行只读分析，用 load_state_phys_file 加载带状态的对象；受控重启优先使用 load_for_restart 或先运行 fluidsim-restart --only-check。不要对不可信文本使用 --modify-params，因为上游 CLI 会执行该选项提供的 Python 代码。
  • 科学验收门：在解释结果前，要求显式单位或完整无量纲化映射、正确的方程与几何/边界、分辨率与去混叠证据、时间步证据、守恒与预算检查、网格/时间细化与不确定性、与解析解/制造解/基准的对比，以及完整的溯源与重启谱系。不得仅凭参数值或图表将运行标记为“DNS”“收敛”“已验证”“稳态”或“物理正确”。

使用方式

必需工作流：说明方程、单位或无量纲化、几何、边界、初始条件、强迫、观测量和验收标准；选择已验证的求解器并检查其生成的默认参数；创建严格的 JSON 计划，明确 CPU、内存、磁盘、墙钟时间、输出文件、时间步、CFL、分辨率和去混叠边界；运行捆绑的校验器和资源估算器；生成并审查 dry-run 脚本（除非以显式 config-ID 确认执行，否则它不做任何事）；运行一个极小的串行试点，检查预算、散度/约束、谱尾、CFL/时间步历史和输出增长；独立细化网格和时间步，检查守恒/预算残差和观测量敏感性；只有到这时才准备站点特定的 MPI 作业，绝不自动提交或启动 MPI；保留配置、脚本、uv.lock、包/平台/后端版本、日志、输出清单、校验和与重启谱系。如果缺少物理假设、单位、边界条件、强迫语义、分辨率标准、资源限制或验收标准，应停止。

版本与安装

截至 2026-07-23 验证：最新稳定 PyPI 版本为 fluidsim==0.9.0（2025-12-04）。包元数据要求 Python >=3.11，并列出 Python 3.11–3.14。伪谱参数创建需要 FluidFFT；裸 fluidsim 在冒烟测试中可导入，但 ns2d.create_default_params() 在安装 fft extra 前会失败。当前配套版本：fluidfft==0.4.5 和 pyFFTW==0.15.1。

推荐项目锁： uv init --python 3.11 uv add "fluidsim[fft]==0.9.0" "fluidfft==0.4.5" "pyFFTW==0.15.1" uv lock uv sync --frozen

隔离的一次性环境： uv venv --python 3.11 uv pip install "fluidsim[fft]==0.9.0" "fluidfft==0.4.5" "pyFFTW==0.15.1"

项目锁是复现记录；仅直接固定版本并不能冻结所有传递产物。不要在不兼容的平台或 MPI ABI 之间复用锁。

MPI 是可选的且为原生： uv add "mpi4py==4.1.2" "fluidfft-mpi-with-fftw==0.0.1" "fluidfft-fftwmpi==0.0.1" uv lock 这些包仍需要兼容的 MPI 运行时和 FFTW 开发库。可选原生插件包括：fluidfft-fftw==0.0.1（串行 fft2d.with_fftw1d、fft2d.with_fftw2d、fft3d.with_fftw3d）；fluidfft-mpi-with-fftw==0.0.1（MPI fft2d.mpi_with_fftw1d、fft3d.mpi_with_fftw1d）；fluidfft-fftwmpi==0.0.1（MPI 启用的 FFTW fft2d.mpi_with_fftwmpi2d、fft3d.mpi_with_fftwmpi3d）；fluidfft-p3dfft==0.0.1（fft3d.mpi_with_p3dfft，需要 P3DFFT）。FluidFFT 还声明了 PFFT 和 P3DFFT extras；需为目标集群审计并固定其原生栈。FluidFFT 历史上记录过 cuFFT，但 FluidFFT 0.4.5 的包元数据未声明 CUDA extra 或已安装的 GPU 插件，其 CUDA 安装页面尚未完成。不要声称 GPU 加速，也不要把无关的 CUDA wheel 安装为 FluidSim 后端。GPU 工作应视为源码级实验性集成，需要单独验证。

API 快照

使用直接、带版本的导入： from fluidsim.solvers.ns2d.solver import Simul

params = Simul.create_default_params() params.oper.nx = params.oper.ny = 32 params.oper.Lx = params.oper.Ly = 2 * 3.141592653589793 params.oper.coef_dealiasing = 2 / 3 params.time_stepping.USE_CFL = True params.time_stepping.cfl_coef = 0.5 params.time_stepping.deltat0 = 0.001 params.time_stepping.deltat_max = 0.01 params.time_stepping.t_end = 0.1 params.time_stepping.max_elapsed = "00:05:00" params.init_fields.type = "noise" params.init_fields.noise.velo_max = 0.01 params.output.HAS_TO_SAVE = False params.output.ONLINE_PLOT_OK = False

0.9 重要更正：CFL 字段为 params.time_stepping.cfl_coef，而非 CFL；时间相关强迫为 params.forcing.tcrandom.time_correlation，而非扁平的 tcrandom_time_correlation；NS2D 默认初始类型包括 constant、noise、jet、dipole、from_file、from_simul 和 in_script，不要为每个求解器臆造通用列表；输出状态文件默认是 state_phys_t*.nc，谱使用 spectra1D.h5/spectra2D.h5，标量均值依求解器为 spatial_means.txt 或 JSON-lines；params.output.sub_directory 是 FLUIDSIM_PATH 下的相对路径。

捆绑的本地工具

所有工具输出严格 JSON，拒绝 URL/路径穿越/符号链接，强制硬边界，不使用网络或子进程，且从不启动模拟： python3 scripts/solver_config_validator.py --example python3 scripts/solver_config_validator.py --config config.json python3 scripts/grid_resource_estimator.py --config config.json python3 scripts/simulation_dry_run.py --config config.json --output run.py python3 scripts/output_inventory.py --path run-directory python3 scripts/budget_summary.py --path run-directory python3 scripts/restart_compatibility.py --source state.nc --target-config config.json HDF5 工具惰性依赖 h5py，检查有界元数据/超切片，且从不跟随外部链接或加载完整场数组。

适用场景

适用于需要规划、配置、检查、重启和分析有界 FluidSim CFD 模拟的研究与工程场景，尤其是周期性笛卡尔伪谱法模拟。

限制

该技能不把完成运行、稳定时间步、平滑曲线或程序正常退出视为数值收敛或物理有效性的证据。不得仅凭参数值或图表将运行标记为“DNS”“收敛”“已验证”“稳态”或“物理正确”。GPU 加速暂未提供，不应声称。MPI 作业绝不自动提交或启动。版本特定细节可能过时，需对照已安装版本的官方文档确认。