179 lines
6.9 KiB
Python
179 lines
6.9 KiB
Python
import numpy as np
|
||
import matplotlib.pyplot as plt
|
||
from matplotlib import cm
|
||
import h5py
|
||
|
||
# --- 1. Параметры и сетка (2D) ---
|
||
DX = 0.1
|
||
DZ = 0.1
|
||
|
||
Z_MAX = 2.0
|
||
X_MAX = 10.0
|
||
|
||
N_Z = int(Z_MAX / DZ) + 1
|
||
N_X = int(X_MAX / DX) + 1
|
||
|
||
# Время и теплофизические параметры
|
||
N_DAYS = 365
|
||
DT = 1800 # 30 минут (сек).
|
||
ALPHA = 7.5e-7
|
||
R = ALPHA * DT / (DX**2)
|
||
N_STEPS = int(N_DAYS * 24 * 3600 / DT)
|
||
|
||
# Параметры сохранения данных
|
||
HDF5_FILENAME = 'temperature_simulation_results.hdf5'
|
||
RECORD_INTERVAL_STEPS = int(24 * 3600 / DT)
|
||
|
||
print(f"2D-сетка: {N_Z}x{N_X} узлов.")
|
||
print(f"Устойчивость соблюдена: R = {R:.4f} <= 0.25.")
|
||
|
||
# --- 2. Инициализация и геометрическая маска (Трапеция) ---
|
||
|
||
T_INITIAL = 5.0 # °C
|
||
Temperature = np.full((N_Z, N_X), T_INITIAL, dtype=float)
|
||
|
||
# Создание маски для области ТРАПЕЦИИ:
|
||
mask = np.full((N_Z, N_X), False)
|
||
|
||
# Параметры трапеции (ширина на дне 10м, на поверхности 5м)
|
||
W_bottom = X_MAX
|
||
W_top = 5.0
|
||
|
||
for i in range(N_Z):
|
||
depth_i = i * DZ
|
||
W_z = W_bottom - (W_bottom - W_top) * (1 - depth_i / Z_MAX)
|
||
offset_x = (X_MAX - W_z) / 2
|
||
|
||
start_j = int(offset_x / DX)
|
||
end_j = int((X_MAX - offset_x) / DX)
|
||
|
||
start_j = max(0, start_j)
|
||
end_j = min(N_X, end_j)
|
||
|
||
mask[i, start_j:end_j] = True
|
||
|
||
# Обнуляем температуру вне маски (заполняем NaN)
|
||
Temperature[~mask] = np.nan
|
||
|
||
# --- 3. Граничные условия (Упрощенные) ---
|
||
|
||
def surface_temp(step):
|
||
"""Температура поверхности (Z=0) - синусоида 1 год."""
|
||
time_in_seconds = step * DT
|
||
time_in_years = time_in_seconds / (N_DAYS * 24.0 * 3600.0)
|
||
T_avg = 0.0
|
||
T_amp = 20.0
|
||
return T_avg + T_amp * np.sin(2 * np.pi * time_in_years + np.pi/2)
|
||
|
||
T_BOTTOM = T_INITIAL
|
||
|
||
# --- 4. Цикл моделирования и сохранение в HDF5 (Без изменений) ---
|
||
|
||
print(f"Начало моделирования ({N_STEPS} шагов). Результаты будут сохранены в {HDF5_FILENAME}...")
|
||
|
||
with h5py.File(HDF5_FILENAME, 'w') as f:
|
||
|
||
f.attrs['DZ'] = DZ
|
||
f.attrs['DX'] = DX
|
||
f.attrs['N_DAYS'] = N_DAYS
|
||
f.attrs['DT_seconds'] = DT
|
||
f.create_dataset('mask', data=mask, dtype='bool')
|
||
|
||
temp_dset = f.create_dataset('temperature_profiles',
|
||
shape=(0, N_Z, N_X),
|
||
maxshape=(N_DAYS + 1, N_Z, N_X),
|
||
dtype='f4',
|
||
chunks=(1, N_Z, N_X),
|
||
compression="gzip")
|
||
|
||
record_counter = 0
|
||
|
||
for n in range(N_STEPS):
|
||
T_old = Temperature.copy()
|
||
|
||
T_surface = surface_temp(n)
|
||
Temperature[0, mask[0, :]] = T_surface
|
||
Temperature[N_Z - 1, mask[N_Z - 1, :]] = T_BOTTOM
|
||
|
||
for i in range(1, N_Z - 1):
|
||
for j in range(1, N_X - 1):
|
||
if mask[i, j]:
|
||
T_i_minus_1 = T_old[i-1, j] if mask[i-1, j] else T_old[i, j]
|
||
T_i_plus_1 = T_old[i+1, j] if mask[i+1, j] else T_old[i, j]
|
||
T_j_minus_1 = T_old[i, j-1] if mask[i, j-1] else T_old[i, j]
|
||
T_j_plus_1 = T_old[i, j+1] if mask[i, j+1] else T_old[i, j]
|
||
|
||
T_new = T_old[i, j] * (1 - 4 * R) + R * (T_i_minus_1 + T_i_plus_1 + T_j_minus_1 + T_j_plus_1)
|
||
|
||
Temperature[i, j] = T_new
|
||
|
||
if n % RECORD_INTERVAL_STEPS == 0:
|
||
temp_dset.resize(record_counter + 1, axis=0)
|
||
temp_dset[record_counter, :, :] = Temperature
|
||
record_counter += 1
|
||
|
||
if record_counter % 50 == 0:
|
||
print(f"Записан профиль за день {record_counter}.")
|
||
|
||
|
||
print(f"Моделирование завершено. Сохранено {record_counter} профилей температуры в файле {HDF5_FILENAME}.")
|
||
|
||
# --- 5. Пример визуализации (Чтение из HDF5 с исправлениями) ---
|
||
|
||
try:
|
||
with h5py.File(HDF5_FILENAME, 'r') as f:
|
||
temp_dset_read = f['temperature_profiles']
|
||
mask_read = f['mask'][:]
|
||
|
||
days_to_plot = [0, 90, 180, 270, N_DAYS - 1] # N_DAYS - 1, так как 365-й день это индекс 364
|
||
indices_to_plot = [day for day in days_to_plot if day < temp_dset_read.shape[0]]
|
||
|
||
if not indices_to_plot:
|
||
print("Нет сохраненных данных для визуализации.")
|
||
else:
|
||
X_COORD = np.linspace(0, X_MAX, N_X)
|
||
Z_COORD = np.linspace(-Z_MAX, 0, N_Z)
|
||
|
||
fig, axes = plt.subplots(1, len(indices_to_plot), figsize=(18, 5))
|
||
fig.suptitle(f'2D Теплоперенос (Чтение из {HDF5_FILENAME})', fontsize=14)
|
||
|
||
T_all = temp_dset_read[:].flatten()
|
||
T_min = np.nanmin(T_all)
|
||
T_max = np.nanmax(T_all)
|
||
|
||
# ИСПРАВЛЕНИЕ 1: Использование plt.colormaps
|
||
cmap_base = plt.colormaps['RdYlBu']
|
||
# Создаем копию для изменения "плохих" значений
|
||
cmap_custom = cmap_base.copy()
|
||
cmap_custom.set_bad('lightgray')
|
||
|
||
for idx, day_index in enumerate(indices_to_plot):
|
||
T_profile = temp_dset_read[day_index, :, :]
|
||
# Проверяем, что оси - это массив, если только одна ось
|
||
ax = axes[idx] if len(indices_to_plot) > 1 else axes
|
||
|
||
im = ax.imshow(T_profile,
|
||
extent=[0, X_MAX, -Z_MAX, 0],
|
||
origin='upper',
|
||
cmap=cmap_custom,
|
||
aspect='auto',
|
||
vmin=T_min,
|
||
vmax=T_max)
|
||
|
||
ax.contour(X_COORD, Z_COORD, mask_read.astype(int), levels=[0.5], colors='k', linewidths=1.5, linestyles='--')
|
||
ax.set_title(f'День: {day_index}')
|
||
ax.set_xlabel('Длина, м')
|
||
ax.set_ylabel('Глубина, м')
|
||
|
||
# ИСПРАВЛЕНИЕ 2: Удаление rect=[0, 0, 0.98, 1] и let axes handle spacing
|
||
plt.tight_layout()
|
||
|
||
# Добавление цветовой шкалы
|
||
# Убедимся, что cbar создается корректно, используя массив осей
|
||
cbar = fig.colorbar(im, ax=axes.ravel().tolist() if len(indices_to_plot) > 1 else axes, orientation='vertical', fraction=0.02, pad=0.04)
|
||
cbar.set_label('Температура, °C')
|
||
|
||
plt.show()
|
||
|
||
except Exception as e:
|
||
print(f"Ошибка при чтении или визуализации HDF5: {e}") |