[PYTHON] Visualisez l'écoulement de la cavité avec matplotlib et enregistrez-le en tant qu'animation gif

http://nbviewer.ipython.org/github/barbagroup/CFDPython/blob/master/lessons/15_Step_11.ipynb

J'ai découvert comment écrire le flux de cavité, mais ce n'est pas suffisant car il ne s'anime pas.

Vous trouverez ci-dessous le code qui affiche uniquement le résultat final. (Dans l'histoire originale, iPython Notebook est utilisé)

cavorg.py

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import matplotlib.animation as animation

nx = 41
ny = 41
nt = 5
nit=50
c = 1
dx = 2.0/(nx-1)
dy = 2.0/(ny-1)
x = np.linspace(0,2,nx)
y = np.linspace(0,2,ny)
X,Y = np.meshgrid(x,y)

rho = 1
nu = .1
dt = .001

u = np.zeros((ny, nx))
v = np.zeros((ny, nx))
p = np.zeros((ny, nx)) 
b = np.zeros((ny, nx))


def buildUpB(b, rho, dt, u, v, dx, dy):
    
    b[1:-1,1:-1]=rho*(1/dt*((u[1:-1,2:]-u[1:-1,0:-2])/(2*dx)+(v[2:,1:-1]-v[0:-2,1:-1])/(2*dy))-\
                      ((u[1:-1,2:]-u[1:-1,0:-2])/(2*dx))**2-\
                      2*((u[2:,1:-1]-u[0:-2,1:-1])/(2*dy)*(v[1:-1,2:]-v[1:-1,0:-2])/(2*dx))-\
                      ((v[2:,1:-1]-v[0:-2,1:-1])/(2*dy))**2)

    return b
    
def presPoisson(p, dx, dy, b):
    pn = np.empty_like(p)
    pn = p.copy()
    
    for q in range(nit):
        pn = p.copy()
        p[1:-1,1:-1] = ((pn[1:-1,2:]+pn[1:-1,0:-2])*dy**2+(pn[2:,1:-1]+pn[0:-2,1:-1])*dx**2)/\
                        (2*(dx**2+dy**2)) -\
                        dx**2*dy**2/(2*(dx**2+dy**2))*b[1:-1,1:-1]

        p[-1,:] =p[-2,:] ##dp/dy = 0 at y = 2
        p[0,:] = p[1,:]  ##dp/dy = 0 at y = 0
        p[:,0]=p[:,1]    ##dp/dx = 0 at x = 0
        p[:,-1]=0        ##p = 0 at x = 2
        
    return p
    
def cavityFlow(nt, u, v, dt, dx, dy, p, rho, nu):
    un = np.empty_like(u)
    vn = np.empty_like(v)
    b = np.zeros((ny, nx))
    
    for n in range(nt):
        un = u.copy()
        vn = v.copy()
        
        b = buildUpB(b, rho, dt, u, v, dx, dy)
        p = presPoisson(p, dx, dy, b)
        
        u[1:-1,1:-1] = un[1:-1,1:-1]-\
                        un[1:-1,1:-1]*dt/dx*(un[1:-1,1:-1]-un[1:-1,0:-2])-\
                        vn[1:-1,1:-1]*dt/dy*(un[1:-1,1:-1]-un[0:-2,1:-1])-\
                        dt/(2*rho*dx)*(p[1:-1,2:]-p[1:-1,0:-2])+\
                        nu*(dt/dx**2*(un[1:-1,2:]-2*un[1:-1,1:-1]+un[1:-1,0:-2])+\
                        dt/dy**2*(un[2:,1:-1]-2*un[1:-1,1:-1]+un[0:-2,1:-1]))

        v[1:-1,1:-1] = vn[1:-1,1:-1]-\
                        un[1:-1,1:-1]*dt/dx*(vn[1:-1,1:-1]-vn[1:-1,0:-2])-\
                        vn[1:-1,1:-1]*dt/dy*(vn[1:-1,1:-1]-vn[0:-2,1:-1])-\
                        dt/(2*rho*dy)*(p[2:,1:-1]-p[0:-2,1:-1])+\
                        nu*(dt/dx**2*(vn[1:-1,2:]-2*vn[1:-1,1:-1]+vn[1:-1,0:-2])+\
                        (dt/dy**2*(vn[2:,1:-1]-2*vn[1:-1,1:-1]+vn[0:-2,1:-1])))

        u[0,:] = 0
        u[:,0] = 0
        u[:,-1] = 0
        u[-1,:] = 1    #set velocity on cavity lid equal to 1
        v[0,:] = 0
        v[-1,:]=0
        v[:,0] = 0
        v[:,-1] = 0
   
    return u, v, p
    
fig = plt.figure(figsize=(11,7), dpi=100)
u, v, p = cavityFlow(nt, u, v, dt, dx, dy, p, rho, nu)

plt.contourf(X,Y,p,alpha=0.5)
plt.colorbar()
plt.contour(X,Y,p)
plt.quiver(X[::2,::2],Y[::2,::2],u[::2,::2],v[::2,::2])
plt.xlabel('X')
plt.ylabel('Y')
plt.show()

Il semble que vous puissiez créer une animation gif en utilisant matplotlib.animation, alors je l'ai essayé, mais cela n'a pas fonctionné. La raison sera expliquée ci-dessous.

Vous pouvez créer une animation gif si imagemagick est inclus. Voir ci-dessous pour cela. http://kiito.hatenablog.com/entry/2013/11/27/233507

La méthode spécifique pour l'animation est la suivante.

Il semble y avoir deux façons d'animer. animation.ArtistAnimation ... Dessinez les données préparées à l'avance animation.FuncAnimation ... Mettre à jour les données de temps en temps

from http://cflat-inc.hatenablog.com/entry/2014/03/17/214719

Autres exemples http://qiita.com/HirofumiYashima/items/5864fb9384053b77cf6f http://d.hatena.ne.jp/xef/20120629/p2 http://stackoverflow.com/questions/24166236/add-text-to-image-animated-with-matplotlib-artistanimation

Le premier code de simulation exécute une boucle for dans cavityFlow (), donc j'ai pensé que je cracherais des données pour chaque boucle et dessinerais avec ArtistAnimation, mais passer contourf au tableau de données de dessin est un bogue. sortir. Cela a été rapporté ailleurs, mais je ne suis pas sûr qu'il soit pris en charge.

http://matplotlib.1069221.n5.nabble.com/Matplotlib-1-1-0-animation-vs-contour-plots-td18703.html http://stackoverflow.com/questions/23070305/how-can-i-make-an-animation-with-contourf

Pour le moment, si vous le faites avec Func Animation au lieu de Artist Animation, il semble que contourf sera également une animation, mais il y a aussi des informations que vous pouvez faire avec Artist Animation. Sauf pour contourf, j'ai essayé de dessiner uniquement des lignes de courant et il a été créé avec succès, donc cela semble être un bogue causé par contourf.