arriemeijer-creator/AeroJAX

解决的问题

AeroJAX 将计算流体动力学（CFD）从批处理过程转变为交互式体验。传统 CFD 需要配置模拟、运行至完成，然后分析结果；而 AeroJAX 允许用户实时修改求解器参数、边界条件和几何形状，无需重新启动模拟。

工作原理

该框架基于 JAX 构建，实现了端到端的可微分流水线。它支持不可压缩 Navier-Stokes（有限差分）和 Lattice Boltzmann（D2Q9/D2Q7）求解器。为了在 CPU 上实现实时性能，它使用了解耦的求解器、渲染和度量线程，并采用共享内存零拷贝缓冲区。它采用 Brinkman 惩罚法处理浸入边界，允许用户实时绘制障碍物或移动翼型。为了数值稳定性和精度，它提供了多种平流格式（RK2/RK3）和压力求解器（FFT、共轭梯度、多重网格），以及用于湍流的 Smagorinsky LES 模型。

适用人群

它专为流动研究、控制和逆向设计而设计，特别适合那些进行二维流体模拟原型设计或研究用于 CFD 的神经算子的人员。

亮点

• 交互式几何： 使用鼠标绘制自定义障碍物，或在运行期间将 NACA 翼型拖过计算域。
• 可微分求解器： 基于 JAX 的原生实现支持基于梯度的逆向设计（例如，优化翼型形状以最小化阻力），无需单独的伴随求解器。
• 数值透明度： 求解器轨迹查看器允许逐步检查数值流水线，显示中间场和 LaTeX 渲染的方程。
• 神经算子集成： 包含实验性工具，用于生成数据集、训练神经算子，并在模拟过程中将标准压力求解器替换为训练好的模型。
• 高 CPU 性能： 针对实时使用进行了优化，在笔记本电脑 CPU 上对于 512×96 网格可实现约 297 FPS。