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我有兴趣解决,

\frac{\delta \phi}{\delta t} - D \nabla^2 \phi - \alpha \phi - \gamma \phi = 0

以下是有效的,但我有几个问题:

  1. 是否可以使用 FiPy 提高性能?尽管计算时间很长,但我觉得nx, ny, nz这里的垃圾箱非常小。我不明白为什么数组X, Y, and Z这么大。
  2. 请注意,在第一帧中,我们被放大了。如何强制范围自动出现[0..nx, 0..ny, 0..nz]在所有图中?
  3. 第一帧的数据是一个1.0由 包围的点组成的球体0.0。为什么会出现渐变?Mayavi 是在插值吗?如果是这样,我该如何禁用它?

代码:

from fipy import *
import mayavi.mlab as mlab
import numpy as np
import time

# Spatial parameters
nx = ny = nz = 30  # bins
dx = dy = dz = 1  # Must this be an integer?
L = nx * dx

# Diffusion and time step
D = 1.
dt = 10.0 * dx**2 / (2. * D)
steps = 4

# Initial value and radius of concentration
phi0 = 1.0
r = 3.0

# Rates
alpha = 1.0  # Source coeficcient
gamma = .01  # Sink coeficcient

mesh = Grid3D(nx=nx, ny=ny, nz=nz, dx=dx, dy=dy, dz=dz)
X, Y, Z = mesh.cellCenters  # These are large arrays
phi = CellVariable(mesh=mesh, name=r"$\phi$", value=0.)

src = phi * alpha  # Source term (zeroth order reaction)
degr = -gamma * phi  # Sink term (degredation)

eq = TransientTerm() == DiffusionTerm(D) + src + degr

# Initial concentration is a sphere located in the center of a bounded cube
phi.setValue(1.0, where=( ((X-nx/2))**2 + (Y-ny/2)**2 + (Z-nz/2)**2 < r**2) )

# Solve
start_time = time.time()
results = [phi.getNumericValue().copy()]
for step in range(steps):
    eq.solve(var=phi, dt=dt)
    results.append(phi.getNumericValue().copy())
print 'Time elapsed:', time.time() - start_time

# Plot
for i, res in enumerate(results):
    fig = mlab.figure()

    res = res.reshape(nx, ny, nz)
    mlab.contour3d(res, opacity=.3, vmin=0, vmax=1, contours=100, transparent=True, extent=[0, 10, 0, 10, 0, 10])

    mlab.colorbar()
    mlab.savefig('diffusion3d_%i.png'%(i+1))
    mlab.close()

经过时间:68.2 秒

第零帧

第一帧

第二帧

第三帧

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1 回答 1

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  1. 从你的问题很难看出,但在诊断过程中,我发现随着问题规模的增加,LinearLUSolver尺度非常差(参见https://github.com/usnistgov/fipy/issues/474)。

    对于这个对称问题,PySparse 应该使用 PCG 求解器,而 Trilinos 应该使用 GMRES。如果您没有安装其中任何一个,那么您将获得默认为 LU 的 SciPy 稀疏求解器(我不知道为什么;我们需要研究一下),并且在 3D 中事情会非常慢。尝试添加solver=LinearGMRESSolver()到您的eq.solve(...)陈述中。

    至于 X、Y 和 Z 的大小,您已经声明了一个 30*30*30 的单元格立方体,因此每个单元格中心坐标向量的长度为 27000 个元素。你有不同的期待cellCenters吗?

  2. 我建议你继承我们的MayaviDaemon类,或者至少看看它是如何在 Mayavi 中设置显示的。简而言之,我们将 a 设置data_set_clipper为所需的界限。

  3. 我不知道。

于 2015-11-21T01:59:08.353 回答