docs: 添加项目详细说明 README 与开发过程/提示词汇总

README.md

@@ -0,0 +1,157 @@
+# 水平卧式流化床 · 空床流场仿真
+
+> 用 GPU 加速的 **3D D3Q19 格子玻尔兹曼方法 (LBM)** 计算水平卧式流化床**空床**（无颗粒）气相流场，
+> 以**恒功率离心风机曲线**为压力进口，布风板为**多孔板**，流量与压差由物理自洽涌现。
+
+---
+
+## 1. 物理场景
+
+| 项目 | 参数 |
+| --- | --- |
+| 布风板尺寸 | 2400 mm (x, 长度) × 567 mm (y, 宽度)，水平放置 |
+| 布风板厚度 | **2 mm** |
+| 布风板开孔 | 孔径 2 mm，开孔率 **5.6%**，孔轴 **5° 倾斜**（朝 -x，出料方向） |
+| 进风分区 | 沿长度均分 **4 段**（每段 600 mm），每段下方独立风箱 |
+| 风箱高度 | 450 mm |
+| 进风管 | 每段 **DN300**，从 567 mm 侧面水平居中进入（风向平行床板） |
+| 沸腾/渐扩段 | 由 2400 × 567 在 **1000 mm** 高度内渐扩至 2400 × 1200 |
+| 上部稳压段 | 2400 × 1200 × 400 mm |
+| 渐缩段 | 500 mm |
+| 排风 | 顶部居中 **DN800** 圆管 |
+
+### 工况（离心风机）
+
+| 项目 | 数值 |
+| --- | --- |
+| 单段额定风量 | 2500 m³/h（4 段合计 10000 m³/h） |
+| 额定压差 | 2900 Pa（布风板上下） |
+| 风机特性 | **恒功率输出** `Δp · Q = P`，P = 2900 × (10000/3600) ≈ **8056 W** |
+| 关死压力 | 4350 Pa（用于 Q→0 截断） |
+
+> **关键物理认识**：2500 m³/h 与 2900 Pa 是风机**额定点**上的两个值，不是两个独立约束。
+> 离心风机给的是**风机曲线**，实际工况点是「风机曲线 ∩ 系统阻力曲线」的**唯一交点**。
+> 因此仿真中**只施加风机曲线压力**，流量由系统阻力自然涌现。
+
+---
+
+## 2. 数值方法
+
+- **求解器**：D3Q19 格子玻尔兹曼，BGK 碰撞 + 推流 + 半步反弹（bounce-back）固体边界
+- **加速**：NVIDIA GPU（`numba.cuda`），实测约 **120 MLUPS**（百万格点更新/秒）
+- **网格**：**100 格/m**，240 × 130 × 265 = **8,268,000 单元**（本机 8 GB 显存上限）
+- **进口**：**压力进口**（固定密度 = 风机曲线压力），速度零梯度自由
+- **出口**：**压力出口**（密度 = 1，速度自由）
+- **布风板**：固体薄板 + 规则开孔（1 格孔 / 间距 4 格 ≈ 6.25% 开孔率）
+- **固体壁**：无滑移
+
+### 缩放
+
+| 量 | 说明 |
+| --- | --- |
+| `U_LB` | 0.015（进口参考速度对应的格子速度） |
+| `SCALE_U` | `U_in / U_LB` |
+| `SCALE_P` | `1.2 × SCALE_U²`（格子压力 → Pa） |
+
+---
+
+## 3. 结果（100 格/m，2 mm 板厚）
+
+| 指标 | 数值 |
+| --- | --- |
+| 工况点风量 | **Q ≈ 1463 m³/h**（风机曲线与系统阻力交点） |
+| 风机压力 | 4350 Pa（关死） |
+| 风箱静压 | **4061 Pa** |
+| 沸腾段静压 | **181 Pa** |
+| **布风板压差** | **+3880 Pa**（风箱 > 沸腾段 ✓） |
+| 最大流速 | 4.89 m/s |
+| 求解 | 3900 步 / 184 s |
+
+> 压力**符号、结构、量级**均正确：风箱高压 → 布风板节流降压 → 沸腾段低压 → 向排风递减。
+
+---
+
+## 4. 输出图（`docs/assets/`，19 张，4× 分辨率）
+
+| 文件 | 内容 |
+| --- | --- |
+| `fbed-overview.png` | 四联总览（x-z / y-z / 近板 / 沸腾段） |
+| `fbed-montage-plenum.png` | 风箱层水平切面 ×5（4 段侧进风分布） |
+| `fbed-montage-nearplate.png` | 布风板近区水平切面 ×6（射流合并） |
+| `fbed-montage-freeboard.png` | 沸腾段/渐扩/排风水平切面 ×6 |
+| `fbed-montage-xz.png` | 垂直切面 x-z ×5 |
+| `fbed-montage-yz.png` | 垂直切面 y-z ×8（沿长度） |
+| `fbed-sections.png` | 4 个区段中心 y-z |
+| `fbed-zoom-sections.png` | 按区段剖分的 x-z 局部放大 |
+| `fbed-streamlines.png` | 双大图流线 |
+| `fbed-vectors.png` | 速度矢量图 |
+| `fbed-components.png` | 速度分量 ux/uy/uz |
+| `fbed-3d-cutaway.png` | 三正交切面三维剖切 |
+| `fbed-pressure.png` | 静压场四联 |
+| `fbed-pressure-drop.png` | 布风板压差分析 |
+| `fbed-uniformity.png` | 各区段流量均匀性 |
+| `fbed-decay.png` | 沿高度气速衰减 |
+| `fbed-flowrate.png` | 进风/布风板/排风 风量平衡 |
+| `fbed-tilt.png` | 布风板 5° 倾斜对近板风向影响 |
+| `fbed-geometry.png` | 几何与边界示意 |
+
+数据：`docs/assets/fbed_fields.npz`（ux/uy/uz/rho/solid）。
+
+---
+
+## 5. 复现
+
+```bash
+# 依赖: Python 3.11+, numpy, numba, numba-cuda, CUDA 13.2 runtime, matplotlib
+# 主仿真 (100 格/m, 约 3-5 分钟)
+python tools/fbed_simulation.py
+
+# 批量出图 (秒级, 读 npz)
+python tools/fbed_figures.py
+python tools/fbed_analysis.py
+```
+
+环境变量（可选）：
+
+| 变量 | 默认 | 说明 |
+| --- | --- | --- |
+| `FBED_PPM` | 100 | 网格分辨率 (格/m) |
+| `FBED_ULB` | 0.015 | 参考格子速度（越小越不可压，但越慢） |
+| `FBED_HOLE` / `FBED_SPACE` | 1 / 4 | 开孔大小 / 间距（格） |
+| `FBED_TB` | 120 | 求解墙钟预算 (s) |
+| `FBED_DP` | 2900 | 额定压差 (Pa) |
+
+---
+
+## 6. 脚本说明
+
+| 文件 | 作用 |
+| --- | --- |
+| `tools/fbed_simulation.py` | 主求解器（GPU LBM + 风机曲线 + 多孔板） |
+| `tools/fbed_figures.py` | 切面/矢量/压力/流量等批量出图 |
+| `tools/fbed_analysis.py` | 几何/倾斜/均匀性/衰减/压差等分析图 |
+| `tools/fbed_check.py` / `fbed_check2.py` | 通量与压差诊断 |
+| `tools/fbed_probe.py` | 切面 ASCII 速度探针 |
+| `tools/fbed_rans.py` | RANS(投影法+AMG) 尝试版（未收敛，留档） |
+
+---
+
+## 7. 局限与已知问题（诚实声明）
+
+1. **板厚亚网格**：2 mm 板厚在 100 格/m（格距 10 mm）下**小于一个网格**，只能按 1 格最薄板近似。要真正解析 2 mm 板 + 2 mm 孔，需 ~500 格/m（约 10.3 亿单元，需 ~157 GB 显存，本机 8 GB 无法承载）。
+2. **5° 倾角未施加**：倾角水平分量仅为垂直分量的 8.7%，粗网格下孔道倾斜不足 1 格，无法几何分辨；作为动量源施加时曾导致进口反流，暂关闭。方向已按设计设为 **-x**。
+3. **不可压近似**：LBM 密度波动 ~2.5%，压力场为相对值。
+4. **层流**：未加湍流模型，粗网格下湍流混合未解析。
+5. **工况点偏低**：细网格把布风板开孔阻力解析得更"阻"，工况点落在 1463 m³/h；若要标定到额定 10000 m³/h，需放大等效开孔或减薄板厚。
+
+---
+
+## 8. 后续方向
+
+- 用 **OpenFOAM**（`simpleFoam` + `k-ε` + `porousBafflePressure`）在 CPU 上跑更高分辨率（~250–300 格/m）
+- 布风板改用**多孔跳变边界**（Δp = K·½ρv²，K≈900），避免离散开孔的网格依赖
+- 以求解器生成参数化数据集 → 训练 **GNN/Transformer 神经算子** → 毫秒级实时推理
+
+---
+
+*本项目为物理世界流场实时仿真方向的水平卧式流化床 Demo。*

docs/开发过程与提示词汇总.md

@@ -0,0 +1,151 @@
+# 开发过程与提示词汇总
+
+> 记录本项目从需求提出到最终交付的完整对话过程、关键技术决策与物理认识。
+> 项目：水平卧式流化床空床流场仿真（GPU LBM）
+
+---
+
+## 一、需求提出
+
+**用户初始需求（原始提示词）：**
+
+> 我的水平卧式流化床，床板开孔 2mm，开孔率 5.6%，床板的尺寸 2400x567mm，床板下方进风，
+> 进风分成 4 个区段，每一个区段都是一个箱体。每个区段都用直径 300 的进风管居中，从侧面进风，
+> 也就是进风风向和床板是平行的。床板是水平放，床板的孔是往出口方向倾斜了一点，不是正朝上的，
+> 倾斜很小，只有 5 度。进风风量是 2500 立方米每小时每个区段，然后进风风压，也就是床板上下方
+> 压差是 2900Pa，上面沸腾区段需要你模拟出来一个合适的放大形状，请模拟空床的流场，顶部沸腾段
+> 顶部是大排风管，还是上面这个快速计算的思路。
+
+**需求拆解：**
+- 几何：2400×567 布风板、4 区段风箱、DN300 侧进风、2mm 孔 / 5.6% 开孔率 / 5° 倾斜、渐扩沸腾段、顶部大排风管
+- 工况：每段 2500 m³/h，压差 2900 Pa
+- 目标：空床气相流场，快速计算，结果可参考
+
+---
+
+## 二、关键澄清（问答）
+
+用户对 3 个关键几何点做出选择：
+
+| 问题 | 用户选择 |
+| --- | --- |
+| 4 段如何划分 / 进风管方向 | 沿长度均分 4×600mm，DN300 从 567 侧面水平居中进入 |
+| 沸腾段放大形状 | 矩形渐扩 + 顶部大排风（2.4×0.567 → 2.4×1.2，DN800） |
+| 孔板 5° 倾斜方向 | 朝 +x（x=2.4 为出料端）|
+
+> **后记**：倾角方向在后续被用户更正为 **-x**（见"关键物理认识"第 4 条）。
+
+---
+
+## 三、技术路线演进
+
+```
+LBM (GPU)  ──►  发现问题  ──►  RANS 尝试  ──►  失败  ──►  回到 LBM + 风机曲线
+```
+
+### 阶段 1：GPU LBM 空床仿真
+- 3D D3Q19 LBM，`numba.cuda` 加速，实测 ~120 MLUPS
+- 布风板最初用「速度边界」强制表观气速
+- **问题**：压力场符号反了（顶部压力 > 风箱），且质量不守恒
+
+### 阶段 2：RANS 尝试（用户选 A）
+- 用 `scipy` + `pyamg` 写投影法 + AMG 压力求解器
+- **失败**：共置网格棋盘振荡 + 进口速度边界过约束，压力爆到 -72703 Pa → NaN
+- 改交错网格 MAC，AMG 收敛正常（残差 9e-9），但速度进口仍把压力逼爆
+
+### 阶段 3：回到 LBM + 用户的两个关键物理修正
+- **修正 1（恒功率风机曲线）**：`Δp · Q = P`，不再强制流量
+- **修正 2（压力进口）**：进口给风机压力，流量自然涌现
+- **结果**：压力符号彻底修正，风箱 > 沸腾段 ✓
+
+---
+
+## 四、关键物理认识（用户指出，扭转全局）
+
+### 1. 不是"强制满足"，而是风机曲线
+> "2500 是风机额定流量，2900 是压力，并不是不可变的，你搞什么呢，不是强制满足，
+> 而是离心风机会出现一个风机曲线的"
+
+**含义**：2500 m³/h 与 2900 Pa 是同一额定点上的两个值，**不是两个独立约束**。
+工况点是「风机曲线 ∩ 系统阻力曲线」的**唯一交点**。仿真中只施加风机曲线压力，流量涌现。
+
+### 2. 恒功率输出
+> "风机是遵循恒功率的输出"
+
+**含义**：风机曲线不是抛物线，而是 **`Δp · Q = P`（双曲线）**。
+额定点 (0.6944 m³/s, 2900 Pa) → P ≈ 2014 W/段，总 8056 W。
+
+### 3. 不要纠结收敛
+> "你为什么总是在纠结于收敛，如果你走到收敛这条路，那么这个项目就不可能成功"
+
+**含义**：目标是快速、物理自洽的结果，而非把残差压到机器精度。
+
+### 4. 倾角方向
+> "孔的倾斜方向是这个绿色箭头方向，我觉得你搞错了"
+
+**含义**：孔轴倾斜方向为 **上-左（-x）**，而非我之前设的 +x。
+
+### 5. 板厚
+> "板厚只有 2mm，你按多少算的"
+
+**含义**：布风板厚 **2 mm**，而我当时用了 50 mm（差 25 倍），已修正。
+
+---
+
+## 五、遇到的问题与修正
+
+| # | 问题 | 根因 | 修正 |
+| --- | --- | --- | --- |
+| 1 | 压力场符号反了 | 布风板用速度边界，无压降；压力由几何决定 | 改为压力进口 + 多孔板 |
+| 2 | 质量不守恒（进 9903 / 出 20100） | 速度边界强制流量，与无散约束冲突 | 压力进口让流量自由 |
+| 3 | RANS 压力爆到 -72703 Pa | 共置网格棋盘 + 进口过约束 | 改交错网格；仍失败，放弃 |
+| 4 | 压力进口后流量反流 -5828 | 倾角动量源施加过强 | 暂关闭倾角力 |
+| 5 | 顶部"进风口"误判 | 渐扩段末端向排风管强汇流的贴壁高速带 | 探针证实为汇流，非源 |
+| 6 | 板厚 50mm | 我设错 | 改 2 mm |
+| 7 | 500 格/m 要求 | 硬件装不下 | 见"硬件限制" |
+
+---
+
+## 六、硬件限制（诚实核算）
+
+| 网格 | 单元数 | D3Q19 双缓冲显存 |
+| --- | --- | --- |
+| 80 格/m | 4.2 M | 0.6 GB ✅ |
+| 100 格/m | 8.3 M | 1.3 GB ✅ |
+| 200 格/m | 66 M | 10.1 GB ❌ |
+| 300 格/m | 223 M | 33.9 GB ❌ |
+| 500 格/m | 1033 M | **157 GB** ❌ |
+
+**本机**：RTX A2000 **8 GB 显存** + 64 GB 内存。
+- 500 格/m = 10.3 亿单元，光分布函数需 157 GB，**超显存 20 倍**，物理上装不下
+- 本机 GPU 实际上限 ≈ **100–150 格/m**
+- 要上 500 格/m，需云 GPU（A100/H100 80GB × 2–4）或 CPU 求解器（OpenFOAM，64GB 内存可跑 ~250–300 格/m）
+
+---
+
+## 七、最终交付
+
+**仓库**：`http://124.220.63.9:30000/admin/Physics-Ai-Fluent-Analysis.git`（分支 `fluidized-bed`）
+
+**内容**：
+- `tools/fbed_simulation.py`：主求解器（100 格/m，8.27M 单元）
+- `tools/fbed_figures.py` / `fbed_analysis.py`：出图
+- `docs/assets/`：19 张图（4× 分辨率）+ `fbed_fields.npz`
+- `README.md`：项目详细说明
+
+**结果**：
+- 工况点 Q ≈ 1463 m³/h（风机曲线与系统阻力交点）
+- 风箱 4061 Pa > 沸腾段 181 Pa（**Δp = +3880 Pa，符号正确**）
+- 求解 3900 步 / 184 s
+
+---
+
+## 八、后续方向
+
+1. **OpenFOAM**：`simpleFoam` + `k-ε` + `porousBafflePressure`，CPU 跑 250–300 格/m
+2. **多孔跳变边界**替代离散开孔，消除网格依赖
+3. **神经算子**：以求解器生成参数化数据集 → 训练 GNN/Transformer → 毫秒级实时推理
+
+---
+
+*本文档汇总了从需求到交付的完整技术讨论，供后续迭代参考。*