涡度图是一种用于可视化流体力学中涡旋的流动结构的图表。Python是一种非常流行的编程语言,许多科学计算和可视化需要用到Python。在Python中,可以使用matplotlib库和numpy库来快速绘制涡度图。
# 导入必要的库 import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np # 创建数据,x, y为网格矩阵,u, v为速度矩阵 x, y = np.meshgrid(np.linspace(-2, 2, 25), np.linspace(-2, 2, 25)) u = y v = -x # 计算涡度 w = np.gradient(u)[1] - np.gradient(v)[0] # 绘制涡度图 plt.contourf(x, y, w, levels=np.linspace(-2, 2, 25), cmap='coolwarm') plt.colorbar() plt.xlabel('x') plt.ylabel('y') plt.title('Vorticity Plot') plt.show()
首先,我们导入了matplotlib和numpy库。然后,我们创建了一个网格矩阵来定义数据区域,并使用线性函数分别给x和y赋值。接着,我们定义了速度矩阵u和v。在这个例子中,涡旋的速度场由$v = -x$, $u = y$ 这个向量场给出。
接下来,我们计算了涡度w。在二维流体力学中,涡度定义为速度场的旋度。在numpy库中,可以使用np.gradient()函数计算速度场的梯度,然后取其y分量和x分量的差值得到涡度值。
最后,我们使用plt.contourf()函数绘制涡度图。该函数根据等高线绘制图形,提供了一种直观的方法来显示流场的结构。我们使用levels参数指定了每个等高线的涡度值,并使用cmap参数设置颜色映射。
可以使用xlabel(),ylabel()和title()函数来添加轴标签和标题。最后,我们使用plt.show()函数显示图形。