FluidVerse/2D_SABW_OOOO

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license: cc-by-nc-4.0
tags:
- CFD
- Multiphase
- CompressibleFlow
- SciML
- Bubbles
- Shock
pretty_name: 2D Shock-Induced Air Bubble Collapse in Water with Open BC
size_categories:
- 10K<n<100K
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# 2D Shock-Induced Air Bubble Collapse in Water with Open BC
## Description

The dataset captures the time-evolving behavior of 2D cylindrical air bubbles subjected to an external shock wave in water.
The interaction with the shock wave results in a collapse of the air bubble.
Here we investigate a scenario with open boundary conditions at every wall.

<div style="display:flex;justify-content:center">
<video style="width:100%;max-width:400px" src="https://huggingface.co/datasets/FluidVerse/2D_SABW_OOOO/resolve/main/SABW_OOOO_Mas2.10.mp4" loop autoplay muted></video>
</div>

## About the data
|Metadata|Description|
|-----|------|
|Solver|[ALPACA](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010465521003581)|
|PDE|2D compressible Euler equations|
|Dimension|2D|
|Number of Trajectories|300|
|Train-Test-Split|0.8 - 0.2|
|Number of Timesteps|101|
|Simulation End Time|15 \\( \mu s \\)|
|Save Interval|0.15 \\( \mu s \\)|
|Fields| - density_mixed <br/> - density_water <br/> - density_air <br/> - pressure <br/> - velocityX <br/> - velocityY <br/> - volume_fraction_water|
|Simulation Resolution|2048x2560 (Clipped and Downsampled)|
|Dataset Resolution|512x512 & 256x256|
|Grid Type|Cartesian Uniform Grid|
|Initial Condition|The bubbles are in equilibrium with the surrounding pre-shock environment.|
|Boundary Conditions| North: Open <br/> South: Open <br/> East: Open <br/> West: Open|
|Conditioning Parameters| Shock Mach Number [1.3 - 2.1] <br/> Bubble Count [1 - 5] <br/> Bubble Radius [2mm - 3.5mm] <br/> Bubble Center Position [Random in Domain]

Further metadata information can be found in the corresponding `metadata.json` file.

## Key Challenges for Surrogate Modelling
- Accurate interface capturing
- Peak pressure in the domain
- Understanding wave dynamics
- Tracking bubble fragments

## How to Download the Dataset

Download the whole dataset:
```
hf download FluidVerse/2D_SABW_OOOO --repo-type dataset
```

Download only part of the dataset with resolution 256x256:
```
from huggingface_hub import snapshot_download

snapshot_download(
repo_id="FluidVerse/2D_SABW_OOOO",
repo_type="dataset",
allow_patterns="multi_bubble/256x256/*",
local_dir="."
)
```

license: CC BY-NC 4.0
tags:
- 计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）
- 多相流（Multiphase Flow）
- 可压缩流（Compressible Flow）
- 科学机器学习（Scientific Machine Learning, SciML）
- 气泡（Bubbles）
- 激波（Shock）
pretty_name: 带开放边界的水中激波诱导二维空气泡坍塌
size_categories: 10000 < 样本数量 < 100000

# 带开放边界的水中激波诱导二维空气泡坍塌（2D Shock-Induced Air Bubble Collapse in Water with Open BC）
## 描述
本数据集记录了水中受外部激波作用的二维圆柱空气气泡的时域演化行为。激波与气泡相互作用将引发气泡坍塌，本研究聚焦于所有壁面均采用开放边界条件的仿真场景。

<div style="display:flex;justify-content:center">
<video style="width:100%;max-width:400px" src="https://huggingface.co/datasets/FluidVerse/2D_SABW_OOOO/resolve/main/SABW_OOOO_Mas2.10.mp4" loop autoplay muted></video>
</div>

## 数据集详情
|元数据|说明|
|-----|------|
|求解器|[ALPACA](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010465521003581)|
|偏微分方程|二维可压缩欧拉方程|
|维度|二维|
|轨迹数量|300|
|训练测试划分比例|0.8 : 0.2|
|时间步总数|101|
|模拟终止时间|15 μs（微秒）|
|数据保存间隔|0.15 μs|
|数据字段| - 混合密度（density_mixed）<br/> - 水密度（density_water）<br/> - 空气密度（density_air）<br/> - 压强（pressure）<br/> - X方向速度（velocityX）<br/> - Y方向速度（velocityY）<br/> - 水体积分数（volume_fraction_water）|
|模拟分辨率|2048×2560（经裁剪与下采样）|
|数据集分辨率|512×512 与 256×256|
|网格类型|笛卡尔均匀网格|
|初始条件|气泡与激波前周围环境处于热力学平衡状态|
|边界条件| 北：开放边界 <br/> 南：开放边界 <br/> 东：开放边界 <br/> 西：开放边界|
|调控参数| 激波马赫数：1.3 ~ 2.1 <br/> 气泡数量：1 ~ 5 <br/> 气泡半径：2mm ~ 3.5mm <br/> 气泡中心位置：计算域内随机分布|

更多元数据信息可查看对应`metadata.json`文件。

## 代理建模关键挑战
- 精准捕捉流固界面
- 精准捕获计算域内的峰值压强
- 深入理解波动动力学特性
- 有效追踪坍塌产生的气泡碎片

## 数据集下载方式
完整下载整个数据集：

hf download FluidVerse/2D_SABW_OOOO --repo-type dataset

仅下载分辨率为256×256的子集数据：

from huggingface_hub import snapshot_download

snapshot_download(
repo_id="FluidVerse/2D_SABW_OOOO",
repo_type="dataset",
allow_patterns="multi_bubble/256x256/*",
local_dir="."
)

搜集汇总

数据集介绍

构建方式

在计算流体力学领域，高保真数值模拟是研究复杂多相流动现象的关键手段。本数据集通过开源求解器ALPACA，求解二维可压缩欧拉方程，对水中圆柱形气泡在外部冲击波作用下的演化过程进行精细刻画。模拟采用笛卡尔均匀网格，初始条件设定气泡与周围预冲击环境处于平衡状态，边界条件设置为四面开放。数据集包含300条独立轨迹，每条轨迹涵盖101个时间步，模拟总时长为15微秒，保存间隔为0.15微秒。关键物理场包括混合密度、水相密度、气相密度、压力、速度分量以及水相体积分数，原始模拟分辨率为2048x2560，经裁剪和下采样后提供512x512与256x256两种分辨率版本。

特点

该数据集聚焦于冲击波诱导气泡坍塌这一经典多相可压缩流动问题，其核心特征在于对复杂物理过程的系统性参数化覆盖。数据集通过随机化冲击马赫数、气泡数量、气泡半径及气泡中心位置等关键控制参数，构建了一个涵盖广泛工况的多样化样本集合。这种设计使得数据集能够捕捉从单气泡到多气泡系统、从弱冲击到强冲击等多种物理场景下的界面演化、压力峰值分布及波系相互作用。数据的高时空分辨率与多物理场同步输出，为深入分析界面捕获精度、碎片追踪及波动力学等关键挑战提供了坚实基础。

使用方法

本数据集主要服务于科学机器学习领域，旨在为开发数据驱动的流体力学替代模型提供高质量的基准数据。使用者可通过Hugging Face Hub提供的命令行工具或Python库进行整体或部分下载，例如指定分辨率以获取所需数据子集。数据集已按0.8:0.2的比例预设了训练集与测试集的划分，便于直接用于模型训练与验证。在具体应用中，研究人员可加载包含密度、压力、速度等字段的序列数据，结合附带的元数据文件中的条件参数，构建以冲击马赫数、气泡几何等为输入、以流场演化为输出的监督学习任务，进而探索深度学习模型对复杂流体动力学的建模与预测能力。

背景与挑战

背景概述

在计算流体力学领域，激波与多相流相互作用的研究长期受到关注，尤其涉及可压缩流体中气泡动力学行为。2D_SABW_OOOO数据集由FluidVerse团队构建，聚焦于二维圆柱形空气泡在水中受外部激波诱导溃灭的物理过程。该数据集基于ALPACA求解器，数值求解二维可压缩欧拉方程，模拟开放边界条件下气泡溃灭的时空演化，涵盖激波马赫数、气泡数量与尺寸等多参数条件，为科学机器学习在复杂流体现象建模提供了高保真基准数据。

当前挑战

该数据集旨在解决激波诱导气泡溃灭这一多相可压缩流动的数值模拟与代理模型构建问题，其核心挑战在于精确捕捉气液界面演化、域内峰值压力预测以及溃灭后波系动力学与气泡碎片追踪。数据构建过程中，高分辨率模拟带来的计算成本、开放边界条件设置的物理合理性以及多参数空间采样均衡性均是关键难点，对数据驱动的流体模型精度与泛化能力提出严峻考验。

常用场景

经典使用场景

在计算流体动力学领域，该数据集为研究冲击波诱导的气泡溃灭现象提供了高保真数值模拟基准。其经典使用场景集中于训练和验证基于物理信息的神经网络或数据驱动的替代模型，以高效复现多相可压缩流中气泡与激波相互作用的复杂动力学过程。通过捕捉密度、压力、速度等多场变量随时间演化的序列数据，研究人员能够深入分析气泡界面变形、破碎及能量聚焦等瞬态行为，为科学机器学习在流体力学中的应用奠定数据基础。

解决学术问题

该数据集有效解决了多相可压缩流动中激波-气泡相互作用的高精度模拟难题，为界面捕捉、峰值压力预测和波动力学理解等关键挑战提供了标准化测试平台。其意义在于弥合了传统计算流体动力学高成本与替代模型快速预测之间的鸿沟，推动了科学机器学习在复杂物理场景中的可解释性与泛化能力研究。通过提供开放边界条件下的系统化数据，该工作促进了跨尺度流动现象的数据同化与模型降维方法的发展。

衍生相关工作

基于该数据集，学术界已衍生出多项经典研究工作，包括结合卷积神经网络与物理约束的端到端流场重构模型，以及利用生成对抗网络模拟气泡破碎碎片运动轨迹的预测框架。这些工作进一步拓展了图神经网络在动态界面追踪中的应用，并催生了针对可压缩多相流的专用架构设计。相关成果持续推动着物理增强机器学习与高保真仿真数据的融合范式创新。