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Datei:Stream function.png

Aus MOOCsWiki Staging
Originaldatei (600 × 1.200 Pixel, Dateigröße: 201 KB, MIME-Typ: image/png)

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Beschreibung

Beschreibung
English: The w:stream function (below) can be used to make streamlines in velocity fields (red, above).
Datum
Quelle Eigenes Werk
Urheber Nanite
PNG‑Erstellung
InfoField
 Dieser Plot wurde mit Matplotlib erstellt.

Lizenz

Ich, der Urheber dieses Werkes, veröffentliche es unter der folgenden Lizenz:
Creative Commons CC-Zero Diese Datei wird unter der Creative-Commons-Lizenz CC0 1.0 Verzicht auf das Copyright zur Verfügung gestellt.
Die Person, die das Werk mit diesem Dokument verbunden hat, übergibt dieses weltweit der Gemeinfreiheit, indem sie alle Urheberrechte und damit verbundenen weiteren Rechte – im Rahmen der jeweils geltenden gesetzlichen Bestimmungen – aufgibt. Das Werk kann – selbst für kommerzielle Zwecke – kopiert, modifiziert und weiterverteilt werden, ohne hierfür um Erlaubnis bitten zu müssen.

Source code

Python source code.

#!/usr/bin/python3
"""
Make a stream function for a vector field.

We are going to cheat a bit for simplicity - make the stream function first
then derive vector field from it.
"""

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt

# make a 1001 x 1001 grid
x = np.linspace(0,10,1001)
y = np.linspace(0,10,1001)[:,None]

dx = x[1]-x[0]
dy = y[1,0] - y[0,0]

extent = (x[0] - 0.5*dx, x[-1] + 0.5*dx, y[0,0] - 0.5*dy, y[-1,0] + 0.5*dy)

def vort(x0,y0,r):
	return -np.log(np.sqrt((x - x0)**2 + (y - y0)**2 + r**2))

# construct some stream function with
# overall background flow in x direction
streamfunc = 0*x + 0.15*y
# put an irrotational vortex (singular) with negative vorticity
streamfunc -= 0.50 * vort(3.5,4.5,0)
# make a spread-out vortex with positive vorticity
streamfunc += 0.40 * vort(7,6,0.5)

# Create a hole in the domain by cutting off the singular vortex
streamfunc[(streamfunc < (+0.0)) & (y>2)] = np.nan
streammin = np.nanmin(streamfunc)
streammax = np.nanmax(streamfunc)

#calculate velocities; just forward difference for laziness.
ux = np.diff(streamfunc,axis=0) / dy
uy = np.diff(streamfunc,axis=1) / -dx


Nlevels = 9
contour_levels = (np.arange(0.5,(Nlevels+1))/(Nlevels+1)) * (streammax - streammin) + streammin


fig = plt.figure(figsize=(2,4), dpi=300)

# bottom axes: 3D plot 
ax = fig.add_axes((0,0,1,0.5),projection = '3d', computed_zorder=False)
ax.view_init(30, -60, 0)
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])
ax.set_zticks([])
ax.plot_surface(x, y, streamfunc, cmap='RdYlGn',
                       linewidth=0, antialiased=False,
                       )
ax.contour(x,y[:,0],streamfunc, levels=contour_levels, colors='k', linestyles='--', linewidths=0.5, zorder=1000)

ax = plt.axes((0,0.5,0.997,0.5))
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])
# draw the hole in the domain as gray
plt.imshow(np.isnan(streamfunc), origin='lower', extent=extent, cmap='gray_r', vmin=0,vmax=4)

# plot every 67th velocity arrow
slicer = slice(33,None,67)
plt.quiver(x[slicer], y[slicer,:], ux[slicer,slicer], uy[slicer,slicer], scale=8., width=0.015, color='red')
plt.contour(x,y[:,0],streamfunc, levels=contour_levels, colors='k', linestyles='--', linewidths=0.75)
fig.savefig('stream function.png')


fig = plt.figure(figsize=(2,2), dpi=300)
ax = plt.axes((0,0,0.997,1))
plt.imshow(streamfunc, extent=extent, origin='lower')
plt.contour(x,y[:,0],streamfunc, levels=contour_levels, colors='k', linestyles='--', linewidths=0.75)
fig.savefig('stream function imshow.png')

Kurzbeschreibungen

Ergänze eine einzeilige Erklärung, was diese Datei darstellt.
The [[:w:stream function]] (below) can be used to make streamlines in velocity fields (red, above).

In dieser Datei abgebildete Objekte

Motiv

205.968 Byte

1.200 Pixel

600 Pixel

image/png

c41fdc2061b5dd7981e876f272522383dbf64a82

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aktuell06:49, 8. Mär. 2025Vorschaubild der Version vom 06:49, 8. Mär. 2025600 × 1.200 (201 KB)wikimediacommons>Naniteusing actual compact vortices now (formula wrong before)

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