第15章 tecplot实战

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第十五章TECPLOT 实战

本章通过一些具体实例讲解TECPLOT 的使用方法，例子中所有的数据文件都使用TECPLOT 自带的数据文件。

15.1 绘制XY 曲线

TECPLOT 中的所有XY 曲线都是由一个或者多个XY 数据对构成的。XY 数据对及它们之间的函数关系，在TECPLOT 中被称为XY 图形。XY 图形有三种形式：

（1）折线图（Lines ）：用线段连接所有的数据点。

（2）符号图（Symbols ）：每个数据点由一个符号代表，例如圆、三角形或方形等等。

（3）柱状图（Bars ）：每个数据点由一个水平或垂直柱代表。

用于绘制XY 曲线的数据可以直接在TECPLOT 中输入，也可以加载硬盘上的数据文件用于绘制曲线。

1. 直接输入XY 数据

XY 数据的输入在菜单项Data （数据）下进行，顺序点击：

Data -> Create Zone -> Enter XY Values

将弹出一个名为Enter XY Value to Create a Zone （输入XY 数据以创建区域）的窗口，如图15-1所示。

图15-1 直接输入XY 数据

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首先在上方的窗口中输入二列数据，其中第一列对应于X变量，第二列对应于Y变量；其次在Destination Data（目标数据）中指定数据类型；最后点击Create（创建）按钮，就完成XY曲线绘制。

2. 载入数据文件

顺序点击菜单：

File -> Load Data File（s）

将打开一个提示信息窗口，要求用户在3个选项中进行选择。这3个选项是：

图15-2 信息提示窗口

（1）用新的数据代替原数据，并重置图形设置。

（2）用新的数据代替原数据，并保持原图形设置。

（3）将新的数据加入现有数据集合。

根据需要进行选择后，点击OK按钮就可以打开文件选择窗口。载入所需的数据文件，就完成数据文件载入过程。图形窗口中将按缺省方式显示对应的XY曲线。

3. 曲线的调整

下面我们结合TECPLOT自带的rain.plt文件进行实例讲解XY曲线的调整。

（1）打开rain.plt文件。

1）点击菜单File，选择New Layout。

2）在TECPLOT安装目录TEC90下，选择子目录Demo/plt/，并载入文件rain.plt。

（2）调整绘图选项

1）在XY菜单中，选择Define XY Mappings（定义XY图形）项。在按住shift键的同时，点击并选中Map Num（图形编号）下面的2和3，然后点击Map Show（图形显示）按钮会出现一个选择窗口（如图15-3所示），选择Activate（激活），则将同时显示编号为1、2和3的三条曲线。

2）在Define XY-Mappings（定义XY图形）窗口中还有几个标签，可以分别用来改变

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曲线形式，定义XY 轴变量，改变柱状图形式等等。由于其操作过程非常简单，这里不再一一赘述。读者可以自己尝试改变各种设置，并观察所产生的效果。图15-4为改变设置后的一个示例图。

图15-3 显示XY 曲线

图15-4 XY 曲线绘制示例

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15.2 绘制矢量图

矢量图用于表现速度、作用力等矢量的大小和方向。矢量图分二维矢量和三维矢量，分别对应于二维流场计算和三维流场计算。在读入数据文件后，点击左上方工具栏中的3D 或2D 按钮，在按钮下方就可以发现Vector （矢量）选项。点击Vector （矢量）选项，则可以自动弹出Select Variables （选择变量）窗口，如图15-5所示。

图15-5 确定矢量分量

图15-5为三维矢量情况下的窗口形式，在二维情况下则仅有U 、V 两个分量。在这个窗口中设定矢量分量所对应的数据。设置完毕后，点击OK 按钮，则帧中将自动显示在缺省设置下的矢量图。

矢量图的显示方式也是可以进行调整的。下面利用TECPLOT 自带的示例文件velocity.plt 对调整方法进行说明。Velocity.plt 文件位于TECPLOT 的安装目录TEC90下。顺序进入Demo/plt 子目录，最后选择velocity.plt 文件完成载入过程。

下面对矢量图进行绘制属性设定：

（1）在工具栏中，取消对Mesh （网格）的选择，并选择Vector （矢量），则原来绘图区中的网格消失，并弹出Select Variables （选择变量）窗口。在U 右面的下拉列表中选择V4：U/RFC ，V 右面的下拉列表中选择V5：V/RFC ，点击OK 按钮完成分量设置。

（2）由于默认的矢量箭头颜色为红色，不能直观反映出速度的大小，所以下面选择新的矢量着色。点击工具栏中的Plot Attributes （绘图属性）按钮，打开绘图属性窗口，如图15-6所示。

在Vector （矢量）标签下，点击Line color （线颜色），在随即弹出的颜色选择窗口中选择MultiColor （多色），或其它单色，并确定颜色将随哪个变量的值发生变化。最后调整矢量宽度为0.3%，所得图形如图15-7所示。

其它可以设置的参数包括矢量箭头的起点位置、长度、线型，箭头的形式（空心、实心或普通），是否激活矢量区，编辑矢量区的名称等等。建议读者自己进行尝试，这里限于篇幅就不再赘述。

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图15-6绘图属性窗口。

图15-7 等值线颜色着色矢量图

除了绘制矢量线外，还可以在矢量图上绘制流动迹线。在工具栏中选择

，然后用鼠

标在绘图区中单点或上下拖动鼠标，便可以绘制出迹线图，如图15-8所示。

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图15-8 迹线图

15.3 绘制等值线图

等值线是观察流场变量变化的常用工具。绘制等值线一般包括五个步骤：

（1）加载数据文件。

（2）点击工具栏中的Contour （等值线）选项，激活等值线图层。

（3）选择目标变量，绘制等值线。

（4）调整绘图参数，最终得到理想的等值线图。

（5）保存图形文件。

在上述五个步骤中，第（4）步比较复杂，这里用一个例子稍微详细地进行讲解。为了保证叙述的连贯性，这里依然使用文件velocity.plt 讲解等值线参数的调整：

（1）首先，如上一节那样，将velocity.plt 加载到系统中来。

（2）在工具栏中去掉mesh 前的选择标记，并选择Contour （等值线），在弹出的ContourVariable （等值线变量）窗口的选择框中选择R/RFR ，然后点击Close 按钮关闭选择框，就可以得到如图15-9所示的变量R/RFR 的等值线图。需要提醒读者注意的是，在选定等值线变量后，还可以重新启动ContourVariable （等值线变量）窗口，重新选择等值线变量，其菜单操作顺序为：

Field -> Contour -> Contour Variables

（3）下面调整等值线的密度和数值。

1）进行下列菜单操作将打开Contour Levels （等值线层级）窗口，如图15-10所示： Field -> Contour -> Contour Levels

2）首先重新设定总的级数，点击Reset Levels （重置层级），并在弹出的输入栏中输入10。

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图15-9 等值线图

图 15-10 等值线层级窗口

3）然后调整等级密度，点击New Levels（新层级），保持Min，Max and Numberof Levels （最小值、最大值和级数）被选中，然后在Minimum Level（最小层级）中输入 1.0，在Maximum Level（最大层级）中输入1.5，如图15-11所示。在这里也可以在Number of Levels （级数）中直接输入级数，进行等值线级数的调整。

除了Min,Max and Number of Levels（最小值、最大值和级数）选项外，还可以选择Min,Max and Delta（最小值、最大值和级间增量）和Exponential Distribution（指数分布）。从三者的名称中既可看出：Min,Max and Number of Levels（最小值、最大值和级数）是通过指定场变量的最小值、最大值和级数来定义等值线的；Min,Max and Delta（最小值、最大值和级间增量）是通过指定场变量的最小、最大值和级与级之间的数值增量来定义等值

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线的；而Exponential Distribution（指数分布）则用指数分布形式绘制等值线。

图15-11 调整等值线密度

4）下面加上等值线的轮廓线。点击工具栏的Plot Attribute（绘图属性）按钮，在弹出的对话框中单击Contour Plot Type（等值线绘图类型），选择Both Lines & Flood（画线并填充），等值线图形中便有了轮廓线，可以调整轮廓线的线型、颜色和宽度等参数，以达到最佳的显示效果。生成的图形应如图15-12所示：

图15-12调整后的等值线及其轮廓线。

5）最后加上图例并在轮廓线上标值。执行下列菜单操作，弹出窗口如图15-13所示：Field -> Contour -> Contour Legend

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图15-13 图例窗口

选中Show Contour Legend （显示等值线图例）；选择Align Vertical （垂直对齐）；在Text 组合框中调整文本颜色（Color ）、字体（Font ）、尺寸（Size ）和格式（Format ）；通过Box Around Table （边框设置）决定是否为图例加边框，并确定边框的颜色（Box Color ）、线型宽度（Line Thickness ）和间距（Margin ）。调整后的窗口应如图15-14所示。

图15-14 等值线及其图例

点击工具栏上的按钮，然后在希望标注的地方单击鼠标左键，便可以得到当地流场变量的数值，完成对等值线的数字标注。如果需要对标注方式进行修改，可以在Contour Labels （等值线标注）窗口中进行。启动这个窗口的菜单操作顺序为：

Field -> Contour -> Contour Labels

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在这个窗口中，除了有设置标注字体、格式、颜色的选项外，还有两个常用选项，一个是Generate Automatic Labels （自动创建标注），选中这个选项，则等值线上将自动出现数值标注；另一个是Align Next User Position （与下一个用户位置对齐），选中这个选项，则等值线的标注将全部与等值线方向保持一致，如果取消这个选项，则数值标注将保持水平。最后一个要介绍的是Clear All Contour Labels （清除所有等值线标注）按钮，点击这个按钮，并在弹出的消息框中点击OK 按钮确认后，则所有标注将被清除。图15-15是人工加的标注，其中取消了对Align Next User Position （与下一个用户位置对齐）的选择，因此所有标注均保持水平。

图15-15 等值线及其数值标注

15.4 绘制流线图

在绘制矢量图的过程中，已经绘制了一个简单的二维流线图。本节中我们将绘制更为复杂的三维体流线图。

（1）首先打开fetetra2.plt 文件。该文件位于TECPLOT 的安装目录TEC90下，路径为TEC90/Demo/plt/fetetra2.plt 。

（2）在工具栏左上方的Zone Layers （区域层）部分，去掉Mesh 前的，选中Contour

前的。在弹出的Contour variable （等值线变量）对话框中选择V4：U （ms ）

，关闭对话框。

（3）在工具栏中的Zone Effects （区域效果）部分，选中Translucency （透明），这样TECPLOT 会对整个绘图进行透明化处理，透明程度的设定可以在工具栏中Plot Attribute （绘图属性）中的Effect 选项进行设定。

完成上面操作后，整个TECPLOT 界面应如图15-16。

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图15-16 等值线图

（4）添加流线。首先设定流线属性。执行下列菜单操作：

Field -> Streamtrace Placement

因为前面没有设定矢量的三个分量，所以这里首先打开的是Select Variable （选择变量）窗口。在这个窗口中指定矢量的三个分量分别为V4：U （m/s ）、V5：V （m/s ）和V6：W （m/s ），点击Close 按钮关闭窗口。随即将自动出现Streamtrace Placement （流线位移）窗口。在这个窗口中设定Format （格式）为V olume Rod 。Direction （方向）为Both （两者都有）

。然后点击工具栏中的，在图中合适位置添加流线，如图15-14。

图15-17 添加流线后的窗口。

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由于流线默认为白色，且线宽太小，所以要作进一步调整。执行下列菜单操作，打开Streamtrace Details（流线细节）窗口，如图15-18所示：

Field -> Streamtrace Details

图15-18 流线细节窗口

在窗口中调整Rod/Ribbon Width（杆或条带的宽度）值为0.03，选择color（颜色）为Blue（蓝色）。调整后的流线如图15-19所示。

图15-19 调整后的流线图。

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15.5 绘制散点图

所谓的散点图便是用一系列位于数值点位置上的符号来表示数据的一种图形。这些代表数值的符号可以根据变量值的大小而有大小或者颜色的不同，当然也可以是相同大小或者相同颜色。与等值线图相比散点图最大的优势便在于其不需要网格结构，可以对不规则的数据进行处理。图15-20便是一个散点图的示例。

图15-20 散点图示例。

散点图的绘制相对简单，但要想得到很好的标识数据的散点图要需要进行大量的调整工作。下面通过一个例子来讲解调整方法：

（1）首先打开文件sylinder.plt 。该文件位于TECPLOT 的安装目录TEC90下，路径为Demo/plt/cylinder.plt 。

（2）数据载入后去掉对Mesh （网格）的选择，并选择Scatter （散点图），结果如图15-21所示。

图15-21 散点图

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点击工具栏中的Plot Attribute （绘图属性）按钮，并打开Scatter （散点图）标签。散点图的调整主要就是在这里完成的，如图15-22所示。

图15-22散点图调整窗口

由于图15-21中的点太密，根本无法观察，所以首先调整数据密度。首先选择三个数据区，然后点击窗口右端的Index Skip ，选择Enter Skip ，并将I 、J 二参数的值都修改为3。

在窗口中央的Symbol Shape （符号形状）中可以修改各数据区的显示符号。假定1区采用默认方形（square ），2区采用圆（circle ），3区则采用菱形（diamond ）。

最后在Fill （填充）下选择Yes ，表示需要采用填充形式。然后在Fill Color （填充色）中分别调整三个数据区填充色，在Outline Color （轮廓色）中调整轮廓色。调整后的散点图如图15-20所示。

图15-20 调整后的散点图

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15.6 绘制三维流场剖面图

三维流场图（矢量图、散点图、流线图等）的处理方法和二维数据处理方法基本相同。TECPLOT中还有针对三维数据的特殊绘图格式——剖面图。剖面图可以用来观察流场内部数据变化，所以也是经常使用的后处理工具。剖面图分三种类型：第一种是根据数值大小进行的剖切，称为数值剖切（Value-Blanking）；第二种是根据有序数据在X、Y、Z方向上的序列号IJK的取值范围进行的剖切，称为IJK剖切（IJK-Blanking）；第三种是根据图形到屏幕之间的距离进行的剖切，称为深度剖切（Depth-Blanking）。

剖面图的制作是在Style（风格）菜单中进行的。这里以TECPLOT提供的示例文件ijkortho.plt为例逐个进行讲解。示例文件ijkortho.plt位于TECPLOT的安装目录TEC90下，路径为Demo/plt/ijkortho.plt。首先加载ijkortho.plt文件，然后取消对Mesh（网格）的选择，并选择Contour（等值线），然后将V5：E设为显示变量，结果如图15-21所示。

图15-21 示例文件ijkortho.plt的等值线图

1. 数值剖切（Value-Blanking）

数值剖切将剖切范围与某个变量相联系，根据变量的变化范围确定剖切区域。数值剖切的设置是在Value-Blanking（数值剖切）窗口中进行的。执行下列菜单操作，打开这个窗口，如图15-22所示：

Style -> Value Blanking

首先，选中Include Value Blanking（包含数值剖切）选项，表示在图形显示中将使用数值剖切。

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图15-22 数值剖切窗口

下面的Blank entire cell when（在满足下列条件时即去除网格单元）选项，表示在何种情况下去除整个单元。可供选择的选项包括：

（1）all corners are blanked，即仅在网格单元的所有角点位于删除范围内的话，才删除整个网格单元。

（2）any corner is blanked，即如果网格单元的任意一个角位于删除范围内的话，则删除整个网格单元。

（3）primary corner is blanked，即在主角点位于删除范围时，则删除整个网格单元。主角点指网格单元中，指标序列号最小的角点。

这里我们可以保持系统缺省设置不变。

下面由1到8排号的八个按钮，分别代表八个约束条件。首先按下1号按钮，并选中下面的Active（激活）选项。然后在Blank when（删除条件）组合框中设置删除条件。

删除条件的第一栏为一个变量列表，其中列出了所有可供选择的变量名。这里保持系统缺省选择，以X为控制变量。

第二栏为条件列表，其中包括is less than or equal to（小于等于）和is greater than or equal to（大于等于）。这里选择is greater than or equal to（大于等于）。

再下面是二个选项，一个是Variable（变量），另一个是Constant（常数）。如果选择Variable （变量），则下面的输入框变为变量列表。这里选择Y，则整个删除条件的含义为——当X>Y时，删除整个网格单元。结果如图15-23所示。

如果选择Constant（常数），则在下面的输入框中输入一个常数值，比如6，则整个结果显示如图15-24所示。

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图15-23 X>Y时的剖面图

图15-24 X>6时的剖面图

在实际绘图中，可能需要同时采用多个约束条件。只要按照上面介绍的方法，逐个设定这些约束条件，即可获得不同形式的数值剖切剖面图。

2. IJK剖切（IJK-Blanking）

IJK剖切是根据IJK有序数据的序号范围，进行剖切的一种形式。IJK剖切的设置在IJK Blanking（IJK剖切）窗口中进行。执行下列菜单操作打开这个窗口，如图15-25所示：Style -> IJK Blanking

与数值剖切类似，首先选中Include IJK Blanking（包含IJK剖切）选项，表示将在绘图

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中使用IJK 剖切。

图15-25 IJK 剖切窗口

在Domain （域）组合框中有二个选项，一个是Interior （内部），意思是在下面数据范围以内的网格单元将被删除；一个是Exterior （外部），意思是在下面数据范围以外的网格单元将被删除。

保持Zone （数据区）的缺省设置不变。下面的选项中，一个是Select IJK-Ranges using Index Value ，即根据有序数据的序号范围执行删除操作；另一个是Select IJK-Ranges using % of Max ，即根据数据最大值的百分比范围执行删除操作。这里选择第一项，即根据数据的序号执行删除操作。

在最下面的数据范围输入框中，有三行数据，分别对应于I 、J 和K 三个方向的序号范围。这里将其分别设置为I ：5－9，J ：4－9，K ：7－11，结果显示如图15-26所示。

图15-26 IJK 剖切示例

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3. 深度剖切（Depth-Blanking）

深度剖切是以屏幕所在平面为基准，以图形距离屏幕的距离为控制参数进行的剖切。深度剖切在Depth Blanking（深度剖切）窗口中进行设置。执行下列菜单操作，可以打开这个窗口，如图15-27所示：

Style -> 3D Depth Blanking

图15-27 深度剖切窗口

这个窗口中有二个输入栏，第一栏为Blank from Front（从前面剖切），第二栏为Blank from Back（％）（从后面剖切）。在第一栏中输入距离20，则显示结果如图15-28所示。

图15-28 从前面剖切后的结果

从图15-28中可见，靠近屏幕的角已经被切除。

4. 围墙图

最后介绍的一种绘图方式，通常被称为围墙图。之所以称其为围墙图，是因为它的形状类似于用围墙把平面分割成许多小格子。

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围墙图的特别之处在于要绘出底面数据，然后绘出垂直于底面的数据作为围墙。用这种处理方式可以用切片方式观察流场内变量的变化。其绘制方法如下：

（1）点击工具栏中Plot Attribute（绘图属性）按钮。

（2）点击进入V olume（体积）标签，如图15-29所示。

图15-29 Volume标签中的可选项

（3）在Surfaces To Plot（绘制表面）下选择I- & J- & K-planes（I、J、K平面）。窗口应如图15-30所示。

图15-30 围墙图

可以看到只有沿X方向有了围墙。为了在Y和Z方向也产生围墙。需要改变其范围为最大（mx）。在Range For I-Planes（I平面范围），Range For J-Planes（J平面范围）和Range For k-Planes（K平面范围）中分别调整数值为：

I：Begin（起始）：1；End（终止）：mx；Skip（跳过）：mx；

J：Begin（起始）：1；End（终止）：mx；Skip（跳过）：5；

K：Begin（起始）：1；End（终止）：mx；Skip（跳过）：6；

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