渦度圖是一種用于可視化流體力學中渦旋的流動結構的圖表。Python是一種非常流行的編程語言,許多科學計算和可視化需要用到Python。在Python中,可以使用matplotlib庫和numpy庫來快速繪制渦度圖。
# 導入必要的庫 import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np # 創建數據,x, y為網格矩陣,u, v為速度矩陣 x, y = np.meshgrid(np.linspace(-2, 2, 25), np.linspace(-2, 2, 25)) u = y v = -x # 計算渦度 w = np.gradient(u)[1] - np.gradient(v)[0] # 繪制渦度圖 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,我們導入了matplotlib和numpy庫。然后,我們創建了一個網格矩陣來定義數據區域,并使用線性函數分別給x和y賦值。接著,我們定義了速度矩陣u和v。在這個例子中,渦旋的速度場由$v = -x$, $u = y$ 這個向量場給出。
接下來,我們計算了渦度w。在二維流體力學中,渦度定義為速度場的旋度。在numpy庫中,可以使用np.gradient()函數計算速度場的梯度,然后取其y分量和x分量的差值得到渦度值。
最后,我們使用plt.contourf()函數繪制渦度圖。該函數根據等高線繪制圖形,提供了一種直觀的方法來顯示流場的結構。我們使用levels參數指定了每個等高線的渦度值,并使用cmap參數設置顏色映射。
可以使用xlabel(),ylabel()和title()函數來添加軸標簽和標題。最后,我們使用plt.show()函數顯示圖形。