maxbelCSRNW/microfludicsCSRNW

Модель проектирования микрофлюидных чипов V16.1

Исследовательский MVP для расчёта и проектирования крупных микрофлюидных систем.
Модель сочетает точный сетевой расчёт, локальные PINN/XPINN-модули, анализ неопределённости и обратное проектирование.

В репозитории есть два варианта запуска одной и той же модели.

Быстрый выбор

colab/ — Google Colab

Подходит для демонстрации и работы без настройки локального Python-окружения.

Основной файл:

colab/microfluidic_sciml_v16_1.ipynb

Откройте notebook в Google Colab и выполните основную ячейку.

local/ — локальный запуск / VS Code

Подходит, если модель должна работать на компьютере пользователя.

cd local
python -m venv .venv
pip install -r requirements.txt
python app.py

После запуска интерфейс откроется в браузере по адресу:

http://127.0.0.1:8866

Что рассчитывает модель

• гидравлику крупных сетей микроканалов;
• распределение расходов и давления;
• локальные числа Рейнольдса и напряжение сдвига;
• влияние технологических допусков и частичных закупорок;
• локальные потери в сложных элементах;
• параметры генерации капель для соответствующих архитектур;
• варианты геометрии при обратном проектировании.

Для специализированной древовидной архитектуры поддерживается расчёт до 65 536 выходов.

Архитектура расчёта

геометрия и режим работы чипа
            ↓
точный сетевой расчёт
            ↓
поиск локально сложных элементов
            ↓
проверенный PINN / XPINN
            ↓
повторный точный расчёт всей сети
            ↓
неопределённость и проектирование
            ↓
локальный CFD только для сложных / OOD-случаев

Глобальный баланс массы и давления не передаётся нейронной сети: он решается детерминированным сетевым решателем. PINN используется как локальное физическое уточнение.

Режимы

Быстрый

Точный сетевой расчёт без PINN и DeepCFD.

С локальным уточнением PINN — рекомендуется

1. Строится реальная геометрия чипа.
2. Выполняется предварительный точный расчёт всей сети.
3. Выбирается характерное повторяющееся сужение.
4. Для него обучается локальный XPINN.
5. PINN сравнивается с независимым эталоном.
6. Только прошедшая допуск поправка переносится на сходные элементы.
7. Вся сеть пересчитывается точным решателем.
8. Рассчитываются неопределённость и показатели проектирования.

Расширенный — PINN + DeepCFD

К рекомендованному контуру добавляются открытая проверка и локальный оператор на данных DeepCFD. Этот режим тяжелее и предназначен прежде всего для исследовательской проверки многоуровневого расчёта.

Варианты архитектуры чипа

• распределительная сеть;
• перфузионный чип;
• массив генераторов капель;
• гибридная архитектура.

Что является PINN в этой модели

PINN не используется как универсальная замена CFD.

Основной PDE-PINN/XPINN решает локальную задачу для повторяющегося сужения. После независимой проверки локальная поправка включается в сетевой расчёт.

Для Т-образных генераторов предусмотрено отдельное physics-informed замыкание двухфазной задачи.

Проверка и открытые эталоны

В коде предусмотрены внутренние тесты физических балансов и внешний набор проверок. В исследовательском режиме могут использоваться открытые данные DeepCFD и DAFD.

Ссылки и DOI соответствующих источников закреплены непосредственно в исходном коде.

Ограничения

Текущая версия предназначена для ламинарных микрофлюидных систем и не заменяет полноценный трёхмерный CFD для сложного разрушения интерфейса, коалесценции, сильно выходящих за область применимости режимов смачивания, деформируемых стенок и других не включённых физических эффектов.

Модель следует рассматривать как исследовательский MVP и инструмент предварительного проектирования, а не как готовый производственный расчётный пакет.

Подробнее: MODEL_SCOPE.md.