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物性复用与管流求根：实现及验证

已在 system-optimization 工作区将三项物性优化接入正式 C 内核：共享同一次试算的物性状态、复用等熵计算中的上游密度，以及用已有内能、压力和密度求焓。两条代码生成路径均已接入。此前验证过的管流求根方案也已一并落实。

最终版本中，MQL4 的纯求解中位耗时从 3.138 s 降至1.391 s，减少55.7%；skill-test 从 0.255 s 降至0.139 s，减少45.6%。本机后台已启动新版本，通过真实 HTTP 流式仿真请求验证，结果与独立EXE逐点一致。本次没有提交或推送Git。

物性状态如何共享

每次生成的 model_eval 都在自己的栈上建立 NativePropertyCache，随后将同一个上下文传给部件和局部压力、焓闭合计算。记录保存介质参数副本、压力、温度、焓、密度、黏度，以及已算出的等熵修正系数和指数；标志位区分哪些量已经有效。

气体容腔恢复状态后，先登记已有的温度、焓和密度。管路、阀口需要温度时，按介质与精确的压力、焓查找。相同状态直接读取温度，未知状态仍使用原来的反算。需要密度、黏度或等熵修正时，仅补算缺少的量，后续计算继续复用。

这一版采用完整输入查询和共享状态引用，尚未把所有端口都静态替换成无需查询的状态指针；它已经覆盖当前两条生成路径的相关气体、阀口和管路调用。

有效性规则如下：

• 压力和焓必须精确匹配，压力、温度查询也必须精确匹配。没有“差不多就沿用”的近似缓存。
• 介质按全部数值参数核对，并保存参数副本；改变压力、焓、介质参数，都不会误用旧状态。
• 节流后的压力变化、气流混合产生的新焓，会触发新状态查询或反算。同焓不能直接推断同温度。
• 每次系统试算重新初始化缓存；不同仿真、线程和独立调用不共享可变全局缓存。没有把上一时刻的物性直接拿来代替本次试算。
• 编译器按模型规模分配16～256条记录，控制栈空间。容量满后转为正常计算，不丢失正确性。未来大规模模型可进一步改善索引与容量策略。
• 真实氦气在临界温度以下及临界温度处，保留原有气相根和PH反算路径；不把本次优化当作两相物性支持。

两个次级机会的实现

第一项已落实到可压缩流动函数内部。等熵修正计算出的上游密度，直接用于随后流量、流速计算。上下游状态分别保存；下游压力、温度不同就有自己的记录。同一个状态的等熵系数也可以重复使用。管路诊断中的重复黏度计算同时合并。

第二项在当前真实氦气单根区域使用 h = u + p/ρ。这里的 u 为已有比内能，p 为绝对压力，ρ 为已有密度，单位分别为J/kg、Pa、kg/m³。与本内核的内能和焓参考点一致，避免再次从压力、温度求真实气体焓。低温的原有气相根选择保留回退。理想气体已有的简单焓表达式继续使用。

这些优化没有引入物性查表、插值或额外近似。

管流收敛修正为什么一并接入

最初只接入全组物性优化时，MQL4仍能运行到10 s，但PNL0002_10的一条温度曲线在存档参考点的最大偏差为0.019965 K，超过现有0.015 K门槛。分项试验表明，极小的物性数值变化会改变BDF的试算路径；结合前一轮“管流几乎总达到16次上限”的证据，不能把这个完整系统偏差简单解释为物性公式算错，也不能只保留更快的计时。

因此一并接入此前试验的管流求根方案，并保持原有曲线门槛。最终完整1001个公共时间点上的最大温度差为0.009901 K，通过验收。上述分项结果保留在 decomposition.json 和 final-benchmark.json，未以放宽误差门槛代替修正。

管流仍使用原有可压缩关系、摩擦系数混合公式、流向和近平衡平滑。内部将流量关系整理为 Re² × f(Re) = K，使用带区间保护的局部Newton求根；越界则二分回退。PNL00R原有的直接层流分支保留。

返回前会在实际返回点检查方程相对残差，要求不超过 1e-9，同时使用局部流量变化判据。接口 native_pipe_resistance 可返回收敛状态、迭代次数、二分回退次数和残差；异常输入或达到上限仍不合格时返回非有限失败值，交由现有模型有效性检查拒绝，不再静默接受未收敛的流量。

这里仅使用管流内部一个标量关系的斜率。系统雅各比矩阵策略、BDF/RK45积分器和模型误差设置均未调整。

实测耗时：完整系统与分项对照

性能测试使用独立EXE，关闭性能探针，三轮交错运行并取中位数。只统计C求解过程，不含Python前处理、编译、进程启动、结果输出、网页传输或绘图。全部运行至10 s。

MQL4：BDF，相对误差限 1e-7，最大积分步长 1e30，其余状态绝对误差限沿用生产配置。

方案	求解中位耗时 / s	三轮范围 / s	方程调用次数	说明
修改前基准	3.138	3.126～3.175	24,941	原有物性和管流迭代
仅局部密度、黏度去重	3.027	3.021～3.108	24,941	全部时间及输出序列逐点完全一致
全组物性优化，保留旧管流迭代	1.974	1.973～2.030	24,612	温度参考门槛未通过，不作为最终版本
最终组合，但关闭焓直接计算	1.518	1.514～1.611	24,481	用于评估第二个次级机会
最终组合：全部物性优化＋管流求根	1.391	1.382～1.456	24,262	完整曲线验收通过

局部密度、黏度去重单独减少约3.5%完整系统耗时；在最终组合中加入焓直接计算，耗时从1.518降至1.391 s，进一步减少约8.4%。后一项也伴随试算路径变化，因此不是单纯的函数微基准。两项与主物性复用、管流求根存在重叠，不能将各百分比直接相加。

skill-test采用仓库 tests/data/native-skill-test.xml，这是之前skill-test模型的回归输入；RK45、最大步长0.001 s、相对误差限 1e-7：

方案	求解中位耗时 / s	方程调用次数	接受步数
修改前	0.255	60,278	10,022
最终版本	0.139	60,278	10,022

skill-test的计算次数和步数相同，这一组能更直接地反映每次物性计算变轻带来的收益。它没有MQL4中的管路网络，因而也验证了物性优化在另一种模型和积分器下的效果。

计算次数确实减少了多少

另行构建只加计数、不用于性能比较的程序，限定在系统方程回调内计数，排除初始化和输出重算。计数版的全部序列分别与对应无探针版本完全一致。

MQL4求解中的计算	修改前	最终版本
真实气体状态方程求根	6,202,660	690,869
压力、焓反求温度	646,040	0
黏度计算	1,626,172	333,213
摩擦系数普通计算函数	8,285,496	1,360,592

最后一行只统计普通摩擦系数函数。新Newton步骤还会在“摩擦系数及其斜率”联合函数中计算摩擦关系，因此不能据此声称全部摩擦计算工作减少了同样比例；管流性能应以上面的完整计时及独立求根验证为准。

PH反算降至0，仅说明本模型的请求都能找到本次试算的已知状态。对压力变化、焓混合、其他模型和不适用快路径的低温工况，反算功能仍然存在。

曲线、守恒和事件验证

与此前官方重新编译的四支路Amesim存档比较，72条压力、温度、位移、速度和阀口流量曲线使用完整1001个共同输出时间点。没有重跑Amesim或重新解读其内部算法。

量	最大绝对差	原有验收门槛
压力	199.863 Pa	250 Pa
温度	0.009901 K	0.015 K
位移	7.49e-7 m	2e-6 m
速度	2.64e-6 m/s	1e-5 m/s
阀口质量流量	1.55e-5 kg/s	3e-5 kg/s

闭合气路总质量最大漂移约 1.33e-14 kg。

LSTP四个接口力另行比较。第一个接口力在共同网格上与Amesim的最大差为0.6135 N；四个接口中最大差为1.123 N。新增事件点未并入普通网格误差，以免把瞬时峰值插值成虚假的长三角形。

首次碰撞时间为1.201137461445 s，峰值约 1.49858577e11 N，相对修改前的峰值变化约 −1.94e-6。另行记录内部接受的积分点：峰值降至一半约0.348 ns，降至1%约2.336 ns。事件记录不改变最终输出序列，先前发现的极短脉冲没有被省略。Amesim存档缺少同等密度的内部采样，仍不能由本次验证断言其内部是否存在同一脉冲。

skill-test的输出时间序列一致，最大压力差约 1.70e-7 Pa，最大温度差约 2.39e-12 K；所检查的位移、速度和力序列完全一致。

后台已生效

检查时本机8000端口无运行中的服务，随后以当前工作区启动后台。启动日志确认数值引擎为 native。真实请求：

POST http://127.0.0.1:8000/api/system-xml/simulate-stream

此次请求完成0～10 s，C纯求解1.507 s，HTTP全程3.967 s，收到21个进度事件。HTTP时间包含前处理、进程启动、输出序列化及传输，不能与纯求解时间等同，也未包含浏览器绘图测量。

后台返回的构建标识为 9fdd91da210e189d1e44de686d6109bbdb5be56c284450b41364486160bfe494，与最终独立EXE相同；全部时间和输出序列逐点一致。后台日志、启动进程号及HTTP结果均保存在实验目录。

回归与通用性边界

最终完整复核命令的25项相关测试在23.898 s内全部通过（regression-final.log），包含：

• 50组元件网络的冻结物性参考、守恒及未改变模型的完整参考对照；两条代码生成路径。
• BDF、RK45、原生后端默认路径，以及不依赖NumPy/SciPy的编译导入路径。
• 缓存跨试算失效、独立上下文、容量耗尽回退、一个浮点单位的压力变化、焓变化及每个介质参数变化。
• 真实氦气与含温度相关热容的理想气体，在100～1000 K、1e4～1e8 Pa的状态往返检查，以及低温氦气保留原有路径的检查。
• 管流求根的2718组工况：雷诺数 1e-6～1e9、相对粗糙度0～0.1，三个不同流量尺度；均与独立100次二分求解比较。检查返回残差、区间回退、非法输入失败、零流量和PNL00R层流分支。
• 独立压力回路与直接支路组合前后的结果隔离、流向反转、焓混合回路，以及MQL4的已有曲线验收。

旧冻结参考中的PNL流量包含原先迭代达到上限的值。现在所有PNL共用检查残差的求根器，因此保留这些网络的独立物性与守恒参考，并由独立二分、管路物理测试和Amesim系统曲线验证流量；没有要求新算法重现旧的未收敛迭代值。

一次目录复测曾有两个短进程的 --init 返回空标准输出；随后这两个进程各自连续5次核验正常，50组目录整套复测也通过。未为此增加忽略错误或自动重试逻辑，原始与复测日志均保留。

代码与复现记录

• C接口与实现：native/include/kernels.h、native/components/kernels.c。
• 生成与上下文传递：app/simulation/native_codegen/compiler.py、extended.py、schedule.py。
• 新增及更新测试：tests/test_native_properties.py、test_native_pipe_physics.py、test_native_catalog.py。
• 本次数据：test/property-implementation-20260911/，包括 final-benchmark.json、counter-audit.json、http-and-curves.json、event-audit.json 及完整结果、源文件、EXE和日志。
• 前一轮剖析与原型：test/property-pipe-profile-20260911/，原报告保留为历史测试记录。

复核命令：

./.venv-win/Scripts/python.exe -m unittest tests.test_native_properties tests.test_native_pipe_cache tests.test_native_pipe_physics tests.test_native_codegen tests.test_native_schedule tests.test_native_catalog tests.test_native_only_backend -v

实验记录和生成EXE遵循现有 /test 忽略规则；正式实现、测试和文档位于受版本管理的目录。本次未修改用户输入JSON、Amesim文件或前端模型参数。