FluidNavier Pro 流体动力学实验室

FluidNavier Pro · 纳维-斯托克斯二维不可压缩流体动力学与烟雾物理仿真实验室

项目简介

FluidNavier Pro 是一款基于不可压缩流体纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）的零依赖高保真纯前端 CFD 动力学仿真平台。通过欧拉网格法（Eulerian Grid Method）、半拉格朗日反向追踪（Semi-Lagrangian Advection）、高斯-赛德尔松弛法压力泊松求解器（Gauss-Seidel Pressure Poisson Solver）以及霍奇-亥姆霍兹投影定理（Hodge-Helmholtz Projection），在浏览器端以 60 FPS 稳定运行高质量流体对流、涡度约束、卡门涡街（Karman Vortex Street）、双喷流对撞与烟雾扩散。

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核心功能亮点

1. 高精度欧拉流体微分求解引擎

• 采用 128×128 (N+2) 结构化网格，实时计算速度场 $(u, v)$ 与 RGB 多通道染料密度对流扩散。

• 运用霍奇-亥姆霍兹投影分解与高斯-赛德尔迭代，严格满足流体不可压缩条件 $\nabla \cdot \mathbf{u} = 0$。

2. 高阶涡度约束与经典流体力学地标场景

• 卡门涡街 (Karman Vortex Street)：在圆柱障碍物后方复现周期性反向旋转涡旋脱落奇观。

• 顶盖驱动方腔流 (Lid-Driven Cavity)：经典 CFD 基准流动验证场景。

• 双喷流对撞涡 (Dual Opposing Jets) 与 热浮力升腾羽流 (Buoyant Thermal Plume)。

3. 3D 压力势垒等高面与微粒流线积分

• 4,000 粒子实时流线追踪：高保真积分微粒流动轨迹，呈现流场细节。

• 3D Isometric 压力泊松等高图：直观投影流场压力梯度的立体分布。

• 柯尔莫哥洛夫湍流能量谱：实时展示 $E(k) \sim k^{-5/3}$ 湍流能量级联。

4. Web Audio 过程式湍流声学合成

• 基于流场平均流速与涡度动态调制布朗滤波噪声，实现沉浸式流体流动声学反馈。

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系统架构

• 欧拉网格离散与对流：结构化网格与 Semi-Lagrangian 无条件稳定对流。

• 泊松求解与霍奇投影：高斯-赛德尔压力松弛迭代与涡度约束补偿。

• 3D 压力势垒与微粒追踪：4,000 粒子流线追踪与 3D 等高拓扑曲面。

• 湍流声学与能量级联：过程式布朗噪声声学合成与动能耗散实时示波器。

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开源仓库与使用说明

• 代码仓库：https://gitcode.com/wdxb/fluidnavier-pro.git

• 使用方法：双击直接在浏览器中打开 index.html 即可开始流体动力学交互仿真！