Начальный коммит: Vulkan-редактор SimVulcan + исследование KBC-LBM
Состояние на момент заведения репозитория. C++ приложение (src/, shaders/, tests/) — минимальный редактор 3D-моделей на Vulkan 1.3: орбитальная камера, три опорные сетки через начало координат, загрузка .obj с режимами отображения. Весь Vulkan изолирован в src/vk/. Исследование (docs/) — оригинальные статьи по KBC (docs/origins) и Python-решатель D2Q9 KBC-N1 с AMR 2x и SDF+Bouzidi (docs/theory). В решателе перед коммитом исправлены дефекты, найденные сверкой с первоисточниками: относительный порог знаменателя энтропийного стабилизатора (абсолютный вырождал KBC в LBGK на 77-99% узлов), заворот вход/выход в углах домена, диагностика средней плотности по фиктивным узлам тела, зашитый refine=2. Подробности — docs/theory/solver_2x_sdf/README.md. Co-Authored-By: Claude Opus 5 <noreply@anthropic.com>
This commit is contained in:
Claude Opus 5
@@ -0,0 +1,140 @@
|
||||
# Диагностика по собранным рядам сил/скорости. numpy здесь — только host-постобработка малых рядов
|
||||
# (FFT/статистика), это НЕ вычислительный бэкенд солвера.
|
||||
import numpy as np
|
||||
import backend as B
|
||||
|
||||
def strouhal(uy_host, D, U, pad=8192):
|
||||
"""Число Струхаля из ряда поперечной скорости в следе.
|
||||
УЛУЧШЕНО: параболическая (3-точечная) интерполяция пика спектра → суб-биновая точность.
|
||||
(Раньше брался ближайший FFT-бин: шаг по St ≈ D/(U·pad) ≈ 0.028, из-за чего St 'застревал'.)"""
|
||||
sig = uy_host[len(uy_host)//2:] # установившийся режим — вторая половина
|
||||
sig = sig - sig.mean()
|
||||
amp = np.abs(np.fft.rfft(sig, n=pad))
|
||||
if len(amp) <= 3:
|
||||
return 0.0, np.fft.rfftfreq(pad, 1.0), amp
|
||||
k = 1 + int(np.argmax(amp[1:])) # индекс пика (без DC)
|
||||
if 1 <= k < len(amp) - 1: # параболическая интерполяция вершины
|
||||
a0, a1, a2 = amp[k-1], amp[k], amp[k+1]
|
||||
denom = (a0 - 2*a1 + a2)
|
||||
delta = 0.5*(a0 - a2)/denom if denom != 0 else 0.0
|
||||
else:
|
||||
delta = 0.0
|
||||
f_peak = (k + delta) / pad
|
||||
return f_peak * D / U, np.fft.rfftfreq(pad, 1.0), amp
|
||||
|
||||
def analyze(res, cfg):
|
||||
Fx = B.to_cpu(res["Fx"]); Fy = B.to_cpu(res["Fy"]); uy = B.to_cpu(res["uy"])
|
||||
DL, U, D = res["DL"], cfg.U, cfg.D
|
||||
n = len(uy); h = slice(n//2, n)
|
||||
Cd = 2.0*Fx/(U**2*DL); Cl = 2.0*Fy/(U**2*DL)
|
||||
St, freqs, amp = strouhal(uy, D, U)
|
||||
a = dict(Cd=float(Cd[h].mean()), Clrms=float(Cl[h].std()), St=float(St),
|
||||
uyrms=float(uy[h].std()), Cd_s=Cd, Cl_s=Cl, uy=uy, freqs=freqs, amp=amp, h0=n//2)
|
||||
if "Tz" in res: # момент: Cm = 2Tz/(U²·DL²); для цилиндра ⟨Cm⟩≈0
|
||||
Cm = 2.0*B.to_cpu(res["Tz"])/(U**2*DL*DL)
|
||||
a["Cm"] = float(Cm[h].mean()); a["Cmrms"] = float(Cm[h].std()); a["Cm_s"] = Cm
|
||||
K = int(res.get("stress_every", 0) or 0) # кросс-чек σ·n (редкая сетка по времени)
|
||||
if K and len(res.get("Fx_st", ())) > 3:
|
||||
Fxs = B.to_cpu(res["Fx_st"]); Fys = B.to_cpu(res["Fy_st"]); Tzs = B.to_cpu(res["Tz_st"])
|
||||
m = len(Fxs); hs = slice(m//2, m)
|
||||
Cds = 2.0*Fxs/(U**2*DL); Cls = 2.0*Fys/(U**2*DL); Cms = 2.0*Tzs/(U**2*DL*DL)
|
||||
a.update(Cd_st=float(Cds[hs].mean()), Clrms_st=float(Cls[hs].std()),
|
||||
Cm_st=float(Cms[hs].mean()), Cd_st_s=Cds, Cl_st_s=Cls, stress_every=K)
|
||||
return a
|
||||
|
||||
def print_table(a, cfg):
|
||||
# поправка на блокировку канала (приведение к скорости в зазоре U/(1−β)):
|
||||
# St — кинематическая → ×(1−β); Cd, rms Cl ~ скорость² → ×(1−β)²
|
||||
beta = cfg.D / cfg.Ny
|
||||
St_c = a['St'] * (1 - beta)
|
||||
Cd_c = a['Cd'] * (1 - beta)**2
|
||||
Cl_c = a['Clrms'] * (1 - beta)**2
|
||||
cm = a.get('Cm')
|
||||
cms = f"{cm:>10.5f}" if cm is not None else f"{'—':>10}"
|
||||
print("\n=== Модель 2×+SDF — установившийся режим ===")
|
||||
print(f"{'версия':18}{'D у тела':>9}{'St':>8}{'<Cd>':>9}{'rms Cl':>9}{'<Cm>':>10}{'rms u_y':>9}")
|
||||
print(f"{'2×+SDF (raw)':18}{cfg.DL:>9}{a['St']:>8.3f}{a['Cd']:>9.3f}{a['Clrms']:>9.4f}{cms}{a['uyrms']:>9.4f}")
|
||||
print(f"{'2×+SDF (×блок.)':18}{cfg.DL:>9}{St_c:>8.3f}{Cd_c:>9.3f}{Cl_c:>9.4f}{'—':>10}{'—':>9}")
|
||||
print(f"{'лит. Re≈150':18}{'—':>9}{0.183:>8.3f}{1.330:>9.3f}{'~0.3':>9}{0.0:>10.1f}{'':>9}")
|
||||
print(f"(блокировка β=D/Ny={beta:.3f}; поправка: St×(1−β), Cd/rmsCl×(1−β)². "
|
||||
"Лит. — безграничный цилиндр; ⟨Cm⟩≈0 — контроль симметрии; см. README)")
|
||||
|
||||
def print_crosscheck(a):
|
||||
"""Сравнение двух НЕЗАВИСИМЫХ считываний силы: GMEM (обмен импульсом по линкам) vs ∮σ·n ds
|
||||
(интеграл тензора напряжений по контуру R+δ). Сходство — прямое свидетельство корректности
|
||||
считывания; сравниваем средние (мгновенные ряды σ·n сдвинуты по фазе кольцом R..R+δ)."""
|
||||
if "Cd_st" not in a:
|
||||
print("\n[кросс-чек σ·n: выключен (stress_every=0) или слишком мало точек]")
|
||||
return
|
||||
dcd = abs(a["Cd_st"] - a["Cd"]) / max(abs(a["Cd"]), 1e-12)
|
||||
dcl = abs(a["Clrms_st"] - a["Clrms"]) / max(abs(a["Clrms"]), 1e-12)
|
||||
cm = a.get("Cm", float("nan"))
|
||||
print("\n=== Кросс-чек считывания силы: GMEM vs ∮σ·n ds (установившийся режим) ===")
|
||||
print(f"{'метод':26}{'<Cd>':>9}{'rms Cl':>9}{'<Cm>':>10}")
|
||||
print(f"{'GMEM (обмен импульсом)':26}{a['Cd']:>9.3f}{a['Clrms']:>9.4f}{cm:>10.5f}")
|
||||
print(f"{'∮σ·n ds (контур R+δ)':26}{a['Cd_st']:>9.3f}{a['Clrms_st']:>9.4f}{a['Cm_st']:>10.5f}")
|
||||
verdict = "СОГЛАСОВАНО" if (dcd < 0.05 and dcl < 0.10) else "ПРОВЕРИТЬ"
|
||||
print(f"расхождение: dCd={dcd*100:.1f}% (порог 5%), d(rmsCl)={dcl*100:.1f}% (порог 10%) → {verdict}")
|
||||
|
||||
def fit_blockage(betas, vals):
|
||||
"""Экстраполяция величины серии к β→0 двумя моделями: val ≈ a + b·β и val ≈ a + b·β².
|
||||
(Теория solid-blockage даёт ведущий член O(β²), практика поправки (1−β)² содержит и линейный.)
|
||||
Спред интерсептов |a_lin − a_quad| — оценка модельной неопределённости экстраполяции."""
|
||||
b = np.asarray(betas, float); v = np.asarray(vals, float)
|
||||
sl, al = np.polyfit(b, v, 1)
|
||||
sq, aq = np.polyfit(b**2, v, 1)
|
||||
return dict(lin=(float(al), float(sl)), quad=(float(aq), float(sq)),
|
||||
spread=float(abs(al - aq)))
|
||||
|
||||
def print_blockage_table(rows, fits):
|
||||
"""Сводка серии по блокировке. rows — список dict(Ny, beta, St, Cd, Clrms, Cm, Cd_st);
|
||||
fits — dict('Cd'/'Clrms'/'St' → результат fit_blockage)."""
|
||||
print("\n=== Серия по блокировке: D фикс., Ny варьируется ===")
|
||||
print(f"{'Ny':>5}{'β=D/Ny':>9}{'St':>8}{'St(1−β)':>9}{'<Cd>':>9}{'rms Cl':>9}{'<Cm>':>10}{'Cd σ·n':>9}")
|
||||
for r in rows:
|
||||
cdst = f"{r['Cd_st']:>9.3f}" if r.get("Cd_st") is not None else f"{'—':>9}"
|
||||
print(f"{r['Ny']:>5}{r['beta']:>9.3f}{r['St']:>8.3f}{r['St']*(1-r['beta']):>9.3f}"
|
||||
f"{r['Cd']:>9.3f}{r['Clrms']:>9.4f}{r['Cm']:>10.5f}{cdst}")
|
||||
print("экстраполяция β→0 (интерсепт лин. фита / квадр. фита; спред — неопределённость):")
|
||||
print(f" Cd(0) = {fits['Cd']['lin'][0]:.3f} / {fits['Cd']['quad'][0]:.3f} "
|
||||
f"(спред {fits['Cd']['spread']:.3f}; лит. безгранич. 1.33)")
|
||||
print(f" rms Cl(0) = {fits['Clrms']['lin'][0]:.3f} / {fits['Clrms']['quad'][0]:.3f} "
|
||||
f"(спред {fits['Clrms']['spread']:.3f}; лит. ~0.3)")
|
||||
print(f" St(0) = {fits['St']['lin'][0]:.3f} / {fits['St']['quad'][0]:.3f} "
|
||||
f"(спред {fits['St']['spread']:.3f}; лит. 0.183)")
|
||||
|
||||
def convergence_report(res, cfg, nwin=10):
|
||||
"""Эволюция по окнам времени: видно, НАСЫЩЕНО ли решение или ДРЕЙФУЕТ.
|
||||
Ключевое: ⟨ρ⟩ (средняя плотность) и Cd, нормированный на реальную ⟨ρ⟩ (дрейф-устойчивый Cd).
|
||||
Если ⟨ρ⟩ уплывает от 1 — это дрейф массы из-за ГУ входа/выхода, а Cd_raw искажён нормировкой на ρ=1."""
|
||||
Fx = B.to_cpu(res["Fx"]); Fy = B.to_cpu(res["Fy"]); uy = B.to_cpu(res["uy"]); rho = B.to_cpu(res["rho"])
|
||||
n = len(Fx); U = cfg.U; DL = res["DL"]
|
||||
if n < nwin * 2:
|
||||
return
|
||||
Cd = 2.0*Fx/(U**2*DL); Cl = 2.0*Fy/(U**2*DL)
|
||||
w = n // nwin
|
||||
print("\n=== Сходимость по времени / дрейф (по окнам) ===")
|
||||
print(f"{'окно':>4}{'шаги':>16}{'<ρ>':>8}{'<Cd>raw':>9}{'<Cd>/ρ':>9}{'rms Cl':>9}{'rms u_y':>9}")
|
||||
rows = []
|
||||
for k in range(nwin):
|
||||
s = slice(k*w, (k+1)*w if k < nwin-1 else n)
|
||||
rm = float(rho[s].mean()); cdr = float(Cd[s].mean())
|
||||
cdn = cdr / rm if rm != 0 else float("nan")
|
||||
clr = float(Cl[s].std()); uyr = float(uy[s].std())
|
||||
rows.append((rm, cdr, cdn, clr, uyr))
|
||||
print(f"{k+1:>4}{f'{k*w}-{(k+1)*w}':>16}{rm:>8.3f}{cdr:>9.3f}{cdn:>9.3f}{clr:>9.4f}{uyr:>9.4f}")
|
||||
# вердикт по последним двум окнам
|
||||
(rm1, cdr1, cdn1, clr1, _), (rm0, _, _, clr0, _) = rows[-1], rows[-2]
|
||||
drho = rm1 - rm0; dcl = clr1 - clr0
|
||||
verdict = []
|
||||
if abs(rm1 - 1.0) > 0.02:
|
||||
# «стабильна, но не там»: система села на смещённую ветвь (акустическая накачка массы;
|
||||
# ⟨Cd⟩/Cl на ней НЕвалидны для сравнения с литературой) — см. факторное исследование
|
||||
verdict.append(f"плотность: ⟨ρ⟩={rm1:.3f} → РЕЖИМ СМЕЩЁН (⟨ρ⟩ далеко от 1; прогон невалиден)")
|
||||
else:
|
||||
verdict.append(f"плотность: ⟨ρ⟩={rm1:.3f}, Δ за окно={drho:+.4f} → "
|
||||
+ ("ДРЕЙФ массы (правь ГУ выхода: давление/Zou-He)" if abs(drho) > 1e-3 else "стабильна"))
|
||||
verdict.append(f"rms Cl: Δ за окно={dcl:+.4f} → "
|
||||
+ ("ещё растёт (не насыщено)" if dcl > 1e-3 else "насыщено/стабильно"))
|
||||
verdict.append(f"дрейф-устойчивый Cd (⟨Cd⟩/ρ) в последнем окне = {cdn1:.3f}")
|
||||
print("вердикт: " + "; ".join(verdict))
|
||||
Reference in New Issue
Block a user