耗散粒子动力学

✍ dations ◷ 2024-12-23 15:03:31 #耗散粒子动力学

耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics,DPD)是一种粗粒化(英语:Coarse-grained_modeling)的分子模拟算法,用于模拟复杂流体的行为。DPD方法首先由Hoogerbrugge和Koelman于1992年提出,用于解决格状自动机方法与实际的差异和分子动力学(MD)所无法解决的介观的时间与空间尺度上的流体问题。之后被Espanol改写,使其符合热平衡状态的条件。此后,一些列扩展的和经过优化的的DPD算法被提出。

DPD是一种非格子模型的方法,模拟粒子在连续的空间和间断的时间中运动。DPD方法中单个粒子代表整个分子或包含多个分子,或高分子的一个片段的流体区域,而不是单个原子,并且不考虑原子的行为细节,认为其与过程无关。粒子自身的自由度被整合,粒子间的受力由一对保守力、耗散力与随机力表示,并以此保证动量守恒与正确的流体动力学行为。这些近似的结果使得DPD方法能模拟更大空间和时间尺度的系统。与全原子模拟相比,DPD方法虽然不能提供原子尺度的描述,但其因为把数个溶剂分子“捆绑”成一个DPD粒子的处理,使得粒子间有有效的摩擦相互作用和涨落,反而能得到较为准确的流体动力学性质。

DPD方法与传统的MD模拟方法相比,主要优势在于可实现更大时间与空间尺度的模拟计算。100 nm尺寸的聚合物流体在几十微秒时间尺度的模拟现已普遍使用。

DPD将两个不成键粒子与之间的作用力分为三种,分别是保守力( F i j C {displaystyle F_{ij}^{C}} ),耗散力( F i j D {displaystyle F_{ij}^{D}} )和随机力( F i j R {displaystyle F_{ij}^{R}} ):

为了减少计算时间,设有截断半径 r c {displaystyle r_{c}} ,仅当两粒子间距离小于截断半径时才计算两者间的作用力。

保守力代表粒子的化学性质,不同种类粒子保守力的作用参数不同,以此区分不同粒子之间的亲疏性。保守力是软排斥作用:

其中 a i j {displaystyle a_{ij}} 是两种粒子间的相互作用参数,与Flory-Huggins作用参数有关。

耗散力与随机力的值通过涨落-耗散定理相关联,并使其统计值符合系统温度:

其中 γ {displaystyle gamma } 是控制耗散力的摩擦系数, σ {displaystyle sigma } 是控制随机力的噪声振幅,两者间满足 σ 2 = 2 γ k B T {displaystyle sigma ^{2}=2gamma k_{B}T} θ i j {displaystyle theta _{ij}} 是随机波动变化因子,是与积分时间元有关的正态分布函数,期望值为0。 ω {displaystyle omega } 是依赖于距离的权重函数,耗散力和随机力的权重因子选取是任意的,但两者间应当满足 ω D = ω R 2 {displaystyle omega _{D}=omega _{R}^{2}} 以符合玻尔兹曼统计。最基本的DPD方法中通常选取:

此外,根据实际模型中粒子间的成键,还加入以弹簧振子为模型的键张力,和用于维持一定键角的角张力等。

一些包含DPD方法的软件和程序包列于此:

相关

  • 伤寒论《伤寒杂病论》,又作《伤寒卒病论》,为东汉张仲景所著,是中国第一部理法方药皆备、理论联系实际的中医临床著作。此书被认为是汉医学之内科学经典,奠定了中医学的基础。在四库全
  • 珍妮佛·杰森·李珍妮佛·杰森·李(英语:Jennifer Jason Leigh,1962年2月5日-)是一位美国女演员、导演、监制和编剧。较著名的作品如《布鲁克林黑街》(1989年)、《迈阿密特别行动》(1990年)、《浴火赤
  • 穆尔西亚语言推广和发展协会穆尔西亚语言推广和发展协会(西班牙语:La Asociación para el Habla, la Difusión y el Desarrollo de la Lengua Murciana)是一个专门在标榜穆尔西亚语的文化协会。该协会目
  • DabrDabr是Twitter的第三方网页界面,采用PHP语言编写,通过对Twitter API的调用,实现Twitter的功能。dabr搭建的网站,可通过计算机、手机等设备使用。用户只需要简单配置参数,即可搭建
  • 埃特纳庄园 (科罗拉多州)埃特纳庄园(英语:Aetna Estates)是位于美国科罗拉多州阿拉帕霍县的一个人口普查指定地区。埃特纳庄园的座标为39°44′17″N 104°40′24″W / 39.73806°N 104.67333°W / 39.
  • 战龙哥吉拉战龙哥吉拉(日文:メカゴジラ,英文为Mechagodzilla)是哥吉拉系列电影中出现的虚构机器人、以哥吉拉外型为范本打造出的龙形战龙怪兽,虽在不同作品中的设定有所不同,但共通点是“以
  • 萌少女的恋爱时光《萌少女的恋爱时光》(日语:こどものじかん)是日本漫画家私屋薰创作的日本漫画作品。最初2004年以短篇作品发表,之后在双叶社漫画杂志《Comic High!》2005年至2013年期间进行连
  • 埃米尔·韦尔蒂埃米尔·韦尔蒂(Emil Welti,1825年4月23日-1899年2月24日)是一位瑞士政治家,瑞士联邦委员会委员(1866年-1891年)。他于1866年12月8日当选为联邦委员会委员,任职至1891年12月31日卸任
  • 胡丽梅胡丽梅(1995年9月28日-),中国女子乒乓球运动员,右手横握球拍削中反攻打法。胡丽梅于幼年时期加入八一乒乓球队,2011年入选国家二队,2012年被破格上调到国家一队,曾在国家队担任陪练,模仿韩国削球手金暻娥。2013年“直通巴黎”世乒赛选拔赛期间,由于郭跃受伤退赛,胡丽梅先是通过升降级比赛调入一队,随后又在决定参赛名额的比赛中击败世界排名第一的丁宁,成为中国国家乒乓球队历史上第一位没有任何国际比赛参赛经历,却获得世乒赛单打名额的选手。2013年世界乒乓球锦标赛,胡丽梅顺利打入正赛,于第三轮0:4不敌
  • 天恩路天恩路(英语:Tin Yan Road),位于元朗区天水围的东部,与天城路并行,是一条北行单向道路。天恩路与天城路一样,是天水围新市镇的早期道路,不同的是,天恩路只有单向行车,早期只有轻铁旧天水围总站(今天荣站)一段,环绕旧天水围总站及天水围市中心总站。政府在兴建轻铁天水围支线(第四期)时才扩建天恩路,延长至天城路与天祥路交界处。