耗散粒子动力学

✍ dations ◷ 2025-04-03 11:57:00 #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

  • 侧柏酮侧柏酮(英语:Thujone)又称“崖柏酮”或“守酮”,是一种酮以及一种单萜,天然存在于两个非对映体形式:(−)-α-侧柏酮和(+)β-侧柏酮。侧柏酮类似有薄荷醇的气味。尽管有关侧柏酮最
  • 仁宗皇庆:1312年-1313年元仁宗爱育黎拔力八达(蒙古语: ᠠᠶᠤᠤᠷᠪᠠᠯᠪᠠᠳ,鲍培转写:Ayuur balbad,西里尔字母:Аюурбарбад;藏语:.mw-parser-output .uchen{font-family:"Qo
  • 青龙奖青龙电影奖(朝鲜语:청룡영화상/靑龍映畵賞 Cheongryong Yeonghwasang;英语:Blue Dragon Film Awards)是由朝鲜日报自1963年起举办的韩国年度电影颁奖典礼。它是韩国最具影响力和
  • 1952年秋季朝鲜战争1952年秋季战役,中华人民共和国亦称“抗美援朝战争1952年秋季战术反击”或“抗美援朝战争1952年秋季反击作战”,是朝鲜战争中双方发生的战役。战役第一阶段为9月18日-1
  • 台北市政府工务局公园路灯工程管理处花卉试验中心台北市政府工务局公园路灯工程管理处花卉试验中心座落于阳明山区,位于中国文化大学旁,有“台北后花园”之称,隶属台北市政府工务局公园路灯工程管理处。主园区占地广阔,因为邻近
  • 斯利姆·伯纳斯利姆·伯纳(英语:Slim Burna;1988年4月11日-),本名加布里埃尔·索普林耶·哈利迪(Gabriel Soprinye Halliday),尼日利亚嘻哈音乐艺术家、饶舌歌手、唱片制作人。他出生于埃塞克斯郡
  • 1971年世界乒乓球锦标赛1971年世界乒乓球锦标赛是第三十一届世界乒乓球锦标赛,于1971年3月28日至4月7日在日本名古屋市举行。这是日本第二次举办世界乒乓球锦标赛。
  • 埃默拉尔德·芬内尔埃默拉尔德·芬内尔(英语:Emerald Fennell,1985年10月1日-),是一位英国女演员、剧作家、导演和电影制作人。她知名的作品有《王冠》(饰演卡蜜拉·帕克·鲍尔斯)和《前程似锦的女孩》。并凭后者的编剧工作获得奥斯卡最佳原创剧本奖。芬内尔出生于英国伦敦的汉默史密斯,父亲是珠宝设计师席欧·芬内尔(英语:Theo Fennell),母亲 Louise Fennell则是一名作家。她有一个妹妹 Coco Fennell,职业是时尚设计师。芬内尔在拍摄《前程似锦的女孩》期间,已怀有七个月身孕。2019
  • 洛朗·贝甘洛朗·贝甘(法语:Laurent Béghin,1976年2月21日-),法国男子赛艇运动员。他曾代表法国参加世界赛艇锦标赛,获得一枚金牌和一枚银牌。他也曾参加2000年夏季奥林匹克运动会。
  • 胡锦矗胡锦矗(1929年3月24日-2023年2月16日),男,四川开江人。动物学家,专研脊椎动物学,中国大熊猫研究专家。1955年,胡锦矗毕业于西南师范学院生物系。1957年,胡锦矗毕业于北京师范大学生物系脊椎动物研究班。后在南充师范学院历任讲师、副教授、教授。后任西华师范大学珍稀动植物研究所教授、所长、硕士生导师。曾任中国保护大熊猫研究中心主任、中国野生动物保护协会常务理事、四川动物学会第二届副理事长。2023年2月16日去世。