512×384 的计算网格，5000 步/秒的推进速率，渲染帧率稳在 60fps，跑在一块移动端显卡上，不需要安装任何软件，打开网页就能用。

这是 ausm-webgpu 的实测结果。它是一个完全运行在浏览器里的二维可压缩流体动力学求解器，用 WebGPU 实现了 AUSM 系列通量格式，支持从低速亚音速到 Mach 10 以上的超音速流场模拟。

计算流体力学在浏览器里为什么难做

CFD（计算流体力学）求解器是航空、汽车、能源等行业的核心工具，传统上运行在专业工作站或计算集群上，依赖 MATLAB、OpenFOAM、Fluent 这类软件。它对浮点计算量的要求极高，一个中等规模的翼型绕流模拟，单步就要对网格上的每个单元做一轮通量计算、重构和时间推进。

浏览器环境的瓶颈过去一直卡在 WebGL 上。WebGL 的计算着色器能力有限，无法高效表达 CFD 求解器所需的通用并行计算逻辑，数据读写模式也与 CFD 的访存模式不匹配。WebGPU 的出现改变了这一点，它提供了真正的 compute shader 支持，允许在 GPU 上组织任意结构的并行计算。

ausm-webgpu 的做法

整套求解器的核心思路是：把 CFD 的完整流水线——网格生成、通量计算、时间推进、可视化——全部用 WebGPU compute shader 实现，CPU 只负责参数传递和交互控制，计算和渲染完全留在 GPU 上完成。

网格生成阶段

求解翼型绕流问题的第一步是生成贴体网格（body-fitted mesh）。ausm-webgpu 使用椭圆型偏微分方程（PDE）求解 O 型网格，网格线从翼型表面向外辐射，在翼型曲面附近自然加密，在远场稀疏。这种曲线坐标系下的网格能让边界条件处理更规整，是航空 CFD 的标准做法。O 型网格特别适合处理封闭翼型轮廓，翼型几何支持两种输入：NACA 4 位数字系列的参数生成，以及 Selig 和 Lednicer 格式的 .dat 文件加载。 流场求解阶段

通量计算是 CFD 求解的核心，ausm-webgpu 实现了 AUSM 系列三种格式：AUSM+-up、SLAU 和 SLAU2。AUSM（Advection Upstream Splitting Method，迎风分裂法）系列格式的特点是将对流通量和压力通量分开处理，在宽流速范围内都能保持数值稳定，这是它能覆盖 Mach 0.1 到 10+ 的原因——许多其他格式在低马赫数下会出现压力-速度解耦问题，AUSM 系列通过专门的低速预处理项避免了这一问题。

空间重构采用 MUSCL（Monotonic Upstream-centered Scheme for Conservation Laws）方法，对每个单元界面两侧的原始变量做二阶精度的线性重构，再配合限制器防止虚假振荡。时间推进使用 TVD RK3（Total Variation Diminishing Runge-Kutta 三阶）格式，时间步长由 CFL 条件自动计算，无需手动指定。

整套求解流程完全在 compute shader 中并行执行，每一帧内推进约 85 个时间步。

可视化阶段

可视化在 fragment shader 中完成，不需要把数据回读到 CPU。支持的场量包括：数值 schlieren（通过密度梯度模拟真实 schlieren 光学效果）、密度、温度、压力、马赫数、速度场，以及等值线叠加。schlieren 可视化对激波位置特别敏感，是判断求解器激波捕捉能力的直观方式。

关键工程决策

全 GPU 流水线，不做 CPU 回读：计算结果直接留在 GPU 显存里交给渲染 shader 使用，省去了每帧的 GPU→CPU→GPU 数据传输开销。这是在 512×384 网格上维持 60fps 的直接原因。

CFL 自适应时间步长：求解器根据当前流场速度和声速自动计算允许的最大时间步长，避免手动调参引起的数值发散，也让不同流速域的模拟无需单独配置。

O 型网格而非 C 型或 H 型：O 型网格对封闭翼型轮廓处理最自然，不存在前缘和后缘处的网格奇异性。C 型和双曲型网格在规划中但尚未实现。

三种通量格式并存：SLAU2 在低马赫数下的数值耗散比 AUSM+-up 更低，对不同马赫数范围的问题可以选择更合适的格式，而不是用一个格式凑合所有情况。

实测性能

在搭载 RTX 4070 移动端 GPU 的设备上，Chrome 浏览器中，512×384 网格的模拟稳定在 60fps，每帧推进约 85 个时间步，折合约 5000 步/秒。这个数字对比同等规模的 CPU 求解器大约有 1-2 个数量级的差距，WebGPU compute shader 在这类规则并行计算上的效率优势基本符合预期。

写在最后

ausm-webgpu 目前仍是早期实验性项目，代码量不大（99% JavaScript），没有封装成库，直接以网页应用形式发布。已知的局限包括：只支持二维流场，不含粘性效应（无法模拟附面层分离），网格只支持 O 型，升阻力计算尚未实现。

对于从事航空流体仿真、CFD 教学，或者对 WebGPU compute shader 的工程应用感兴趣的开发者，这个项目提供了一个不常见的参考实现：把完整的数值求解流水线装进浏览器，并且在移动端 GPU 上保持了可用的计算吞吐量。

GitHub：https://github.com/huj31415/ausm-webgpu (opens in a new tab)