fluidsim 是做什麼的？
使用 FluidSim 0.9.0 作為以 Python 定義的數值求解器框架，特別適用於週期性笛卡爾偽頻譜 CFD。上游 FluidSim 採用 CeCILL-2.1 授權；MIT 前文授權僅適用於此技能。
此技能不將完成的一次執行、穩定的時間步長、平滑的圖表或封閉的程式退出視為數值收斂或物理有效性的證據。
必要工作流程
- 說明方程式、單位或無量綱化、幾何形狀、邊界、初始條件、強迫、可觀測量和驗收標準。
- 選擇一個經過驗證的求解器，並檢查其產生的預設參數。
- 建立一個嚴格的 JSON 計劃，包含明確的 CPU、RAM、磁碟、運行時間、輸出檔案、時間步長、CFL、解析度和去假頻界限。
- 執行捆綁的驗證器和資源估算器。
- 產生並檢視一個乾執行腳本。除非通過明確的 config-ID 確認來執行，否則它什麼也不做。
- 運行一個小型序列引導模擬。檢查預算、發散度/限制條件、頻譜尾部、CFL/時間步長歷史和輸出增長。
- 獨立地細化網格和時間步長。檢查守恆/預算殘差和可觀測量的敏感度。
- 只有在此之後，才能準備特定於站點的 MPI 作業。絕不自動提交或啟動 MPI。
- 保存配置、腳本、
uv.lock、套件/平台/後端版本、日誌、輸出庫存、校驗和以及重新啟動譜系。
如果缺少物理假設、單位、邊界條件、強迫語義、解析度標準、資源限制或驗收標準，則停止。
版本與安裝
如 2026-07-23 所驗證：
- 最新的穩定 PyPI 版本：
fluidsim==0.9.0(2025-12-04)。 - 套件元資料要求 Python
>=3.11，並列出 Python 3.11–3.14。 - 偽頻譜參數建立需要 FluidFFT；在冒煙測試中匯入了裸
fluidsim，但ns2d.create_default_params()在安裝fft額外依賴之前會失敗。 - 此處測試的當前配套版本：
fluidfft==0.4.5和pyFFTW==0.15.1。
偏好使用專案鎖定：
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
對於隔離的一次性環境：
uv venv --python 3.11
uv pip install "fluidsim[fft]==0.9.0" "fluidfft==0.4.5" "pyFFTW==0.15.1"
專案鎖定是可重現性的記錄；直接固定版本本身並不會凍結所有傳遞性工件。請勿在不同平台或 MPI ABI 間重複使用鎖定檔案。
MPI 是選用且原生的：
uv add "mpi4py==4.1.2" "fluidfft-mpi-with-fftw==0.0.1" "fluidfft-fftwmpi==0.0.1"
uv lock
這些套件仍然需要相容的 MPI 運行時和 FFTW 開發函式庫。可選的原生插件包括：
fluidfft-fftw==0.0.1：序列fft2d.with_fftw1d,fft2d.with_fftw2d,fft3d.with_fftw3d。fluidfft-mpi-with-fftw==0.0.1：MPIfft2d.mpi_with_fftw1d,fft3d.mpi_with_fftw1d。fluidfft-fftwmpi==0.0.1：支援 MPI 的 FFTWfft2d.mpi_with_fftwmpi2d,fft3d.mpi_with_fftwmpi3d。fluidfft-p3dfft==0.0.1：fft3d.mpi_with_p3dfft；需要 P3DFFT。- FluidFFT 也宣告了 PFFT 和 P3DFFT 額外依賴；為目標叢集審計並固定其原生堆疊。
FluidFFT 在歷史文件中有提及 cuFFT，但 FluidFFT 0.4.5 在其套件元資料中未宣告 CUDA 額外依賴或已安裝的 GPU 插件，且其 CUDA 安裝頁面尚未完成。請勿聲稱有 GPU 加速或安裝不相關的 CUDA wheel 作為 FluidSim 後端。將 GPU 工作視為需要單獨驗證的源碼級實驗性整合。
參見安裝以了解系統依賴項、MPI ABI、HDF5-MPI、後端發現和驗證。
API 快照
使用直接、版本化的匯入：
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
重要的 0.9 修正：
- CFL 欄位：
params.time_stepping.cfl_coef，非CFL。 - 時間相關強迫：
params.forcing.tcrandom.time_correlation，非扁平化的tcrandom_time_correlation。 - NS2D 預設初始類型包括
constant、noise、jet、dipole、from_file、from_simul和in_script；請勿為每個求解器發明通用列表。 - 輸出狀態檔案預設為
state_phys_t*.nc；頻譜使用spectra1D.h5/spectra2D.h5；標量平均值是與求解器相關的spatial_means.txt或 JSON-lines。 params.output.sub_directory是相對於FLUIDSIM_PATH的路徑。
ParamContainer 拒絕未宣告的屬性。始終從所選的 Simul 類別產生預設值，並在變更值之前對其進行檢查。參見參數。
求解器
主要的笛卡爾 CFD 鍵和匯入：
from fluidsim.solvers.ns2d.solver import Simul # ns2d
from fluidsim.solvers.ns2d.bouss.solver import Simul # ns2d.bouss
from fluidsim.solvers.ns2d.strat.solver import Simul # ns2d.strat
from fluidsim.solvers.ns3d.solver import Simul # ns3d
from fluidsim.solvers.ns3d.bouss.solver import Simul # ns3d.bouss
from fluidsim.solvers.ns3d.strat.solver import Simul # ns3d.strat
0.9 的註冊表還包括 plate2d、sw1l 變體、waves2d、1D 模型、0D 模型、球面求解器和框架適配器。註冊表中的可用性並不意味著求解器適合某個科學問題。請驗證求解器原始碼中的方程式、變數、幾何形狀、邊界和診斷功能。參見求解器。
強迫與時間推進
強迫是特定於求解器的。一個當前標準化的隨機範例是：
params.forcing.enable = True
params.forcing.type = "tcrandom"
params.forcing.forcing_rate = 1.0
params.forcing.nkmin_forcing = 4
params.forcing.nkmax_forcing = 5
params.forcing.tcrandom.time_correlation = "based_on_forcing_rate"
記錄強迫變數、歸一化定義、波數帶、隨機種子/狀態、注入目標和測量的注入。FluidSim 0.9 保存狀態參數以供重新啟動；0.8.6 修復了時間相關強迫的重新啟動行為。
可用的偽頻譜方案包括 Euler/RK2 相移變體、RK2_trapezoid 和 RK4。命名的階數並不能確定精度。檢查 CFL、快波/擴散限制、deltat_max 和時間步長精煉。參見進階功能。
輸出、載入與重新啟動
用於唯讀分析：
from fluidsim import load_sim_for_plot
sim = load_sim_for_plot("run-directory", hide_stdout=True)
sim.output.spatial_means.plot()
sim.output.spectra.plot1d()
sim.output.phys_fields.plot(time=1.0)
load_sim_for_plot 使用粗略的運算元，並停用儲存/線上繪圖。
對於持有狀態的物件：
from fluidsim import load_state_phys_file
sim = load_state_phys_file("run-directory", t_approx="last")
對於受控的重新啟動，偏好使用 load_for_restart 或先執行 fluidsim-restart --only-check。請勿將 --modify-params 與不受信任的文字一起使用：上游 CLI 會執行提供給該選項的 Python 程式碼。此技能的生成器永遠不會發出此選項。驗證求解器、網格/域、狀態變數、版本、強迫狀態、校驗和、目標時間、輸出路徑和資源限制。解析度的變更需要專門審查過的工作流程，而不是無聲的網格編輯。參見模擬工作流程和輸出分析。
科學驗收門檻
在解釋結果之前，需要：
- 明確的尺寸單位或完整的無量綱化對映。
- 正確的方程式、週期性幾何形狀/邊界、初始狀態、強迫和診斷定義。
- 解析度和去假頻證據：頻譜/尾部、解析的梯度以及適合求解器的小尺度標準。
- 時間步長證據：CFL 歷史、最快波和耗散限制以及更小步長比較。
- 守恆與預算檢查，包括強迫、耗散、傳遞和殘差。
- 針對報告的可觀測量進行網格/時間精煉，並附帶不確定性或敏感度。
- 在適當情況下，與解析解、製造解、基準或獨立重現的結果進行比較。
- 完整的來源和重新啟動譜系。
切勿僅根據參數值或圖表就將一次執行標記為「DNS」、「收斂」、「已驗證」、「穩定」或「物理上正確」。
捆綁的本機工具
所有工具都會輸出嚴格的 JSON，拒絕 URL/遍歷/符號連結，強制實施硬性限制，不使用網路或子程序，且絕不啟動模擬：
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 工具延遲要求 h5py，檢查有界元資料/超切片，並且絕不遵循外部連結或載入完整數值陣列。
參考資料
註明日期的上游基礎
於 2026-07-23 針對 PyPI 0.9.0、 FluidSim 0.9 文件、 發行說明、 官方源碼鏡像、 FluidFFT 0.4.5 文件，以及主要的 FluidSim (DOI 10.5334/jors.239) 和 FluidFFT (DOI 10.5334/jors.238) 論文進行驗證。API 聲明使用官方文件/源碼；參考資料中的方法/效能聲明僅限於所引用的主要論文及其基準設定。
引用科學代理技能
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Kassis, T., Agarwal, V., He, Y., Patel, D., & Brueckner, A. M. (2026). Scientific Agent Skills: A Library of Procedural Knowledge for Research Agents. arXiv:2609.00065. https://doi.org/10.48550/arXiv.2609.00065
始終引用當前版本。DOI 和 https://arxiv.org/abs/2609.00065 會解析到最新的 arXiv 版本，因此絕不要附加像 v1 這樣的版本後綴。當可以存取網路時，在撰寫參考文獻之前，請獲取 https://arxiv.org/abs/2609.00065（或
http://export.arxiv.org/api/query?id_list=2609.00065）並從該記錄中獲取作者列表、年份和版本。如果記錄列出了期刊參考文獻或出版商 DOI，則改為引用已發布的版本。