# 八路采样失败与曲线差异定位

日期：2026-09-14。分支：`system-optimization`。本次只定位，未修改生产代码、原始 JSON 或原始 Amesim 文件。

## 结论

| 现象 | 判定 | 证据 |
|---|---|---|
| 50 s 仿真、0.001 s 采样退出 64 | 触发结果容量限制；错误解释和日志保留有缺陷，不是积分失败 | 进入积分前预计约 746 MiB，超过固定 256 MiB 限制；同一 EXE 关闭历史结果保存后完成 50 s |
| 启动阶段约 163 kPa、105 K 差异 | **主要是节点能量传递 bug** | 仅在诊断生成代码中按各支路能量流求和，50 s 对比的最大压力差降至 44 Pa、温差降至 0.37 K |
| 循环切换点约 1.29 MN 力差 | 比较时刻位于切换点不同侧，且存在信号边界计算不一致；不能直接归为 BDF 算法误差 | 32.4 s 两端读取了不同信号阶段；44 s 的事件定位与信号求值在同一个 double 时间上不一致 |
| 高温物性差别 | 氦气黏度和热物性分段实现有遗漏 | 相同 p、T 下直接调用双方物性；高温黏度明显不同，但单独调整它不能消除主要温差 |
| 管流小幅差别 | 摩擦系数公式的近似差异，属于模型实现差异 | 不经过积分，在相同边界状态下仍有流量差；常温探针测试点最大约 0.234% |
| 其余很小的差别 | 包含已知物性/管流公式差异及数值误差，尚不能全部指定为积分算法差别 | 节点诊断后仍非逐位一致；没有证据要求先更换 BDF 或矩阵求解方式 |

## 1. 测试对象与范围

沿用上份报告的八路循环模型及参数审计结果：157 个组件、178 条连接，1092 项公开参数已核对。平台采用 BDF；Amesim 保留标准变步长隐式配置，未假定其内部算法、误差权重与 CVODE 完全相同。

原始文件在本次结束时的 SHA256 与开始前一致：

- `tests/data/test-mql-8-corrected.json`：`60ed16c71b72be4ae71ca7980f4f8cdcdf6b4c4c8950863c2390960b71ced4`
- `tests/data/test_mql.ame`：`251b2f17c24ea02c1ab48f9f441a0ec38e7920627ea7e6870392326424a517c5`

循环比较基准使用 `test/mql8-cyclic-20260914/` 内上次保留的模型副本。诊断实验集中在 `test/diagnosis-20260914/`。对 188 个已跟踪的 app/native/frontend 文件逐一核对开始、结束时的哈希，变化数量为 0；保留工作区此前已有改动。

## 2. 0.001 s 采样为什么退出 64

这里的 0.001 是**采样时间间隔**，即每秒保存 1000 次，不是积分器的最大步长。

`native/runtime/main.c:163` 在调用 `native_solve` 前检查预计结果容量：

`(仿真时长 / 采样间隔 + 1024) × (状态数 + 输出数) × 8 字节`

八路模型有 132 个状态、1784 个输出。50 s、0.001 s 时：

`(50000 + 1024) × (132 + 1784) × 8 = 782095872 字节 = 745.865 MiB`

固定上限是 268435456 字节，即 256 MiB。超限直接 `return 64`，没有进入积分，也没有写结构化结果或解释原因。因此这不是 GCC、CVODE 或操作系统实际分配内存失败。

使用同一缓存 EXE 的复现结果：

| 配置 | 结果 | 时间 |
|---|---|---|
| 50 s，采样 0.001 s，保存历史结果 | 退出码 64，无结果文件，日志 0 字节 | 进程约 0.054 s |
| 1 s，采样 0.001 s，保存历史结果 | 正常完成 1 s | 求解 2.613 s |
| 50 s，采样参数仍为 0.001 s，`--solve-only` | 正常完成 50 s | 求解 12.187 s |

这些耗时用于判别失败阶段，不是重复测量后的性能基准。

目前保存的是全部输出，不仅是界面选择绘制的曲线。结果写出阶段还会一次性申请 `采样数 × 输出数` 的数组，并再次检查 256 MiB。因此单纯移除前面的限制也不构成完整解决方案。

`runner.py:122` 将“无结果文件”解释成通用 Native worker 错误；`runner.py:151` 的临时目录随后被清理，所以错误文字中的日志路径可能已不存在。本次给出的原始临时日志路径也已不存在，但保留工作目录的复现清楚确认了退出原因。

后续建议：

1. 启动前给出“结果容量超限”、状态/输出/采样数量、预计容量和上限，后端也要校验。
2. 原生程序返回明确的资源限制错误；异常时保留或回传日志，不能只指向随后被删除的路径。
3. 分块计算、写出历史输出，或支持选择保存变量。前端、HTTP 与 CLI 使用一致的限制和错误含义。
4. 当前模型 50 s 对该前置检查的采样间隔阈值约为 0.00303237 s；0.004 s 可通过此项容量检查。已实测可正常运行的旧配置是 0.01 s。通过容量检查不代表对其他运行问题作保证。

## 3. 主要压力、温度差异：节点没有完整传递能量流

### 3.1 具体代码路径

- `app/simulation/native_codegen/extended.py:452`：PN3NODE2/P4NODE2 将支路流量和焓折算成参考口的一个焓值。
- `extended.py:457` 起：只有部分流向进行补偿，并在净流量接近零时使用正则化的倒数。
- `extended.py:615`：储气元件按流向选择“流入焓”或“本腔体焓”，再乘该口的净质量流量。

这套表达对于普通单支路换向可以成立，但对于一边进、一边出的多支路汇合节点不够。**净质量流量与净能量流必须分别求和；不能依据净质量流量的正负决定整组支路只携带一个来源的能量。**

Amesim 本机安装的 `libpn/submodels/PN3NODE2.c` 和 `P4NODE2.c` 声明参考口分别汇总各支路的质量流、焓流、体积及体积变化率。它们直接对带符号的焓流求和，并不先除以净质量流量再折回能量。

例如，一支路送入 2 kg/s、比焓 2000 J/kg，另一支路送出 3 kg/s、比焓 1000 J/kg：净质量流是流出 1 kg/s，但净能量流是流入 1000 W。把它当成“净流出 1 kg/s × 本腔体 1000 J/kg”，会得到流出 1000 W，连方向都反了。

### 3.2 在实际八路模型中捕捉到的错误

把 Amesim 在 0.0004 s 的完整物理状态送给原平台 C 方程计算。压力、温度、位移等状态匹配后，`amesim_p4node2_8` 向 `amesim_pnl0001_20` 传递的能量为：

| 量 | 数值 |
|---|---:|
| 净质量流入管腔 | −0.0525535 kg/s |
| 支路 1 的能量流 | +7.080728 MW |
| 支路 3 的能量流 | −4.770562 MW |
| 支路 4 的能量流 | +0.027449 MW |
| 按支路求和应计入的能量 | **+2.337615 MW** |
| 原代码计入的能量 | **−1.252658 MW** |
| 少计的能量流 | **3.590273 MW** |

以上全部来自**同一组状态下的一次方程计算**，不需要比较积分器。这直接证明存在能量传递错误。

### 3.3 隔离因果实验

在诊断目录生成独立 C 模型，只把节点参考口传给储气元件的能量改为支路能量求和。没有改正式 Python/C 文件、管路公式、物性、积分器或原模型参数。

双方误差限取 1e-10、最大步长 1e30；50 s 全程按共同 0.01 s 网格比较：

| 指标 | 原实现 | 仅调整诊断副本的节点能量 |
|---|---:|---:|
| 最大压力差 | 163359.89 Pa | **43.96 Pa** |
| 最大温度差 | 105.24 K | **0.373 K** |
| 排除信号切换点前后 0.02 s 后的最大力差 | 约 5131 N | **1.373 N** |
| 是否完成 50 s | 是 | 是 |

因此主要压力、温度偏差已定位为模型连接层的能量计算 bug，不是“换一种积分方法自然产生的正常差别”。诊断生成代码只用于验证原因，不是已经合入的通用修复。

后续应在 C 连接计算中明确传递带符号的能量流，质量流和能量流独立守恒；不要依赖“能量流除以接近零的净质量流”来构造参考口焓。正式修复还需覆盖节点串联、流向同时相反、净流量为零但有热量交换等情况。

## 4. 排查过的其他原因

### 积分步长和误差限

此前已从 1e-8 收紧至 1e-10，主要误差不消失。本次进一步比较前 0.02 s：最大积分步长由 1e30 降至 1e-5 s，采样间隔为 1e-5 s。0.01 s 的最大压力差仍约 163359.8 Pa，最大温差仍约 105.237 K。

细采样还发现启动过程真正的短时最大差约为 276.66 kPa 和 125.05 K，分别出现在约 0.00042 s 和 0.00055 s。上份报告的 163 kPa、105 K 是共同 0.01 s 网格上的最大差，不是对所有内部时刻取最大。

### 物性及储气方程

在已经初始化真实氦气介质的 Amesim 生成程序副本中，调用官方库的 p、T 物性接口和储气方程；与直接包含平台原始物性 C 文件的探针比较。

- 同 p、T 下，密度和低于 6000 K 的焓基本一致。
- 分别输入质量变化、能量输入、压缩体积三种情况，双方储气压力/温度变化率基本一致；高温处残余差异与热物性分段遗漏相符。
- Amesim 的温度有效域警告不表示温度被强行截为 1500 K；直接测试表明它仍在高温状态上计算。
- 平台氦气黏度始终使用第一段公式，Amesim 数据在 1000 K 和 5000 K 换段。5000 K 时平台黏度低约 3.48%，9600 K 时低约 5.51%。
- 平台定比热的氦气理想热物性也未覆盖 Amesim 6000 K 以上的数据段。在 9600 K 探针点，焓相对差约 2.72e-7、比热相对差约 4.70e-6；它不是这次 105 K 温差的主要来源。

仅在隔离副本补上黏度分段，前 0.15 s 最大温差只从 105.237 K 降至 105.104 K，压力差从 163359.89 Pa 降至 163032.28 Pa。主因被明确排除。

### 管路摩擦公式

使用同 p、T、压力比、管径、长度和粗糙度，直接比较 Amesim `pn2pipefr_` 与原生 `native_pipe_flow`，不进行时间积分。探针包含 3 个压力、4 个温度、5 个压力比，共 60 点。

300 K 测试点的最大流量相对差约 0.234%，1000 K 约 0.241%。这些点的可压缩流量参数基本一致，摩擦系数不同。平台 `native/components/modules/pipe.c:8` 使用拟合、混合的摩擦系数公式，不能视为与 Amesim 实现完全相同；高温差异还叠加黏度分段遗漏。

节点能量和黏度同时在诊断副本调整后，前 0.15 s 最大压力差约 24.26 Pa，温差约 0.453 K。单项误差并不保证同方向变化，不能只凭某个最大温差略升就否定已确认的黏度缺项。剩余小误差尚未完全拆分为摩擦近似、热物性分段和积分误差各自的份额。

### 自由质量块的巨大位移数值

上份报告单列的 `amesim_mecmas21_9` 质量为 100 kg，静摩擦、库仑摩擦、黏性摩擦均为零，不启用限位；模型施加的循环力达到 1e17 N。其位移本身约为 1e17 m 量级，不能把绝对位移差直接与正常行程元件比较。收紧误差限后的 50 s 节点诊断对比，最大位移差约 2.04e8 m，相对该位移量级约为十亿分之几。这里具有明显的误差尺度和数值累计特征，未发现与主要节点能量 bug 相当的力学公式错误证据；尚未对这一自由质量块另做解析解误差分解。

## 5. 循环信号切换点与力尖峰

### 同一个显示时间，不一定处于同一阶段

收紧误差限后的原始结果：

| 原始保存时刻 | 平台/来源 | 信号 1 | 信号 2 | LSTP00A_1 力 |
|---|---|---:|---:|---:|
| 32.4 | 平台 | 49000 | 0 | 468633.757 N |
| 32.40000000000221 | Amesim | 1e17 | 1e12 | 1756893.431 N |

平台的事件时间计算为 `32.400000000000006`，所以采样时刻 `32.4` 位于切换前；Amesim 上述结果位于切换后。这些时间在界面上都会显示为 32.4 s。模型信号幅值和接触阻尼非常大，微小时间差造成的小速度差会被阻尼放大为很大的力差。

节点能量诊断后，32.4 s 处仍有约 1.288 MN 的差别，但排除切换窗口后的力差降到 1.373 N，说明这与主要能量 bug 是两个问题。当前证据不支持把切换点差别直接判为 LSTP00A 力公式错误。

### 信号求值和事件定位本身也存在不一致

`native/components/modules/signal.c:8` 用 `fmod` 求周期内时间；`signal.c:26` 起用“周期数乘周期再加阶段偏移”定位事件。

独立 C 探针直接调用这两个原始函数：事件定位返回 44 s，但在完全相同的 double 值 44 上，信号求值仍返回上一阶段的 1e17；到 `nextafter(44, +∞)` 才返回 49000。54 s 也可复现类似现象。**这是可重复的边界一致性缺陷，不需要运行积分器即可触发。**

后续应让阶段判定、事件定位及结果采样共享同一套边界定义，并明确保存切换前值、切换后值或两者。不能用任意放宽时间容差的方式把所有邻近时刻混在一起。

### 普通采样会漏掉很窄的尖峰

平台原始结果还保存了约 32.40035510065 s 的额外事件点，力约 −2.0839e14 N，0.01 s 共同网格并不包含它。为排除“平台独有尖峰”，在 Amesim 生成 C 的诊断副本中记录该窗口的内部方程计算，也捕捉到相同时刻、相同量级的负尖峰（约 −2.0839e14 N）。这些内部计算含事件和试算调用，不能把它们全部当作已经接受的普通输出采样。

因此既不能拿平台额外事件点与 Amesim 的粗采样曲线直接逐点相比，也不能把上份报告的共同网格指标当作全时间域尖峰误差。后续事件验收应分别比较同侧极限、事件时间、事件后的状态及窄窗口波形。

## 6. 后续修复顺序建议

1. 先修复节点能量传递：这是已证实影响主要物理结果的 bug。
2. 修复采样容量错误的校验、说明和日志保留；再安排分块结果输出。
3. 统一循环信号的事件与采样边界。
4. 补齐氦气分段物性，明确管路摩擦公式对齐标准；之后再量化剩余积分误差。

本次没有合入以上修改，也没有调整求解器、矩阵或生产工具链。

## 7. 可复核证据

以下路径均相对 `test/diagnosis-20260914/`：

- `sampling-reproduction.json`：退出 64、短仿真及 solve-only 的命令和结果。
- `initial-convergence-summary.json`：启动瞬间细采样、最大步长收紧实验。
- `same-state-flow-comparison.json`、`replay-state-*.json`：将 Amesim 物理状态送入原平台 C 方程。
- `node-energy-balance.json`：各支路能量及漏算量。
- `node-energy-replacements.json`、`node-energy-model.c`：只用于因果验证的生成代码改动。
- `node-energy-final-comparison.json`：独立诊断程序完成 50 s 的曲线指标，以及节点加黏度实验。
- `properties-summary.json`、`volume-comparison.json`、`native-flows.csv`、`ame-flow-probe/flow-probe.csv`：直接物性、储气方程及管流对比。
- `signal-boundaries.csv`、`force-event-samples.json`、`event-force-probe-summary.json`：循环边界和窄尖峰证据。
- `production-source-verification.json`：188 个生产文件哈希核对结果。

所有诊断源码、实验模型副本及日志均保留在该目录，可在后续正式修复时复用。