Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2505.23940

帮助 | 高级搜索

物理学 > 流体动力学

arXiv:2505.23940 (physics)
[提交于 2025年5月29日 ]

标题: Diff-FlowFSI:一种针对高保真湍流和流固耦合模拟优化的GPU差异化计算流体力学平台

标题: Diff-FlowFSI: A GPU-Optimized Differentiable CFD Platform for High-Fidelity Turbulence and FSI Simulations

Authors:Xiantao Fan, Xinyang Liu, Meng Wang, Jian-Xun Wang
摘要: 湍流流动和流固相互作用(FSI)在科学和工程应用中无处不在,但由于强非线性、多尺度相互作用以及高计算需求,其准确且高效的模拟仍然是一个重大挑战。 尽管传统的计算流体力学(CFD)求解器有效,但在逆向建模、优化和数据同化等任务中的可扩展性和适应性方面仍存在问题。 机器学习(ML)的最新进展激发了混合建模方法,这些方法结合神经网络与基于物理的求解器以增强泛化能力并捕捉未解析的动力学。 然而,实现这种集成需要不仅在物理上精确,而且可微分且GPU高效的求解器。 在这项工作中,我们介绍了Diff-FlowFSI,这是一种用于高保真湍流和FSI模拟的GPU加速、完全可微分的CFD平台。 使用JAX实现,Diff-FlowFSI结合了向量化有限体积求解器和浸入边界法,以处理复杂几何形状和流固耦合。 该平台支持GPU加速的快速前向模拟,支持基于梯度的反问题的自动微分,并无缝集成深度学习组件以实现混合神经-CFD建模。 我们在一系列基准湍流和FSI问题中验证了Diff-FlowFSI,展示了它在物理与机器学习交叉领域加速科学计算的能力。
摘要: Turbulent flows and fluid-structure interactions (FSI) are ubiquitous in scientific and engineering applications, but their accurate and efficient simulation remains a major challenge due to strong nonlinearities, multiscale interactions, and high computational demands. Traditional CFD solvers, though effective, struggle with scalability and adaptability for tasks such as inverse modeling, optimization, and data assimilation. Recent advances in machine learning (ML) have inspired hybrid modeling approaches that integrate neural networks with physics-based solvers to enhance generalization and capture unresolved dynamics. However, realizing this integration requires solvers that are not only physically accurate but also differentiable and GPU-efficient. In this work, we introduce Diff-FlowFSI, a GPU-accelerated, fully differentiable CFD platform designed for high-fidelity turbulence and FSI simulations. Implemented in JAX, Diff-FlowFSI features a vectorized finite volume solver combined with the immersed boundary method to handle complex geometries and fluid-structure coupling. The platform enables GPU-enabled fast forward simulations, supports automatic differentiation for gradient-based inverse problems, and integrates seamlessly with deep learning components for hybrid neural-CFD modeling. We validate Diff-FlowFSI across a series of benchmark turbulence and FSI problems, demonstrating its capability to accelerate scientific computing at the intersection of physics and machine learning.
评论: 59页,21幅图
主题: 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2505.23940 [physics.flu-dyn]
  (或者 arXiv:2505.23940v1 [physics.flu-dyn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.23940
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Xiantao Fan [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 5 月 29 日 18:47:07 UTC (9,964 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
physics.flu-dyn
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-05
切换浏览方式为:
physics

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | Disable MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号