耗散粒子動(dòng)力學(xué)方法

1、應(yīng)用化工1252dpd發(fā)展歷史發(fā)展歷史dpd基本原理基本原理dpd基本操作基本操作dpd應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例一二三四提出理論基礎(chǔ)發(fā)展1992年，hoogerbrugge和koelman在結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)和氣體格子法的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上， 找到了一個(gè)能夠在介觀的時(shí)間與空間尺度上模擬復(fù)雜流體的方法。dpd方法1995年espanol和warren提出dpd中耗散力和隨機(jī)力中的權(quán)函數(shù)必須滿足漲落耗散定理。1997年groot和warren通過自由能將高分子系統(tǒng)的flory-huggins理論與dpd方法相聯(lián)系1999年，coveney和fabritiis將dpd粒子質(zhì)量和大小定義成可變。2001年pagonab

2、arraga提出一種多體dpd方法。2003年groot將靜電作用引入dpd模擬。2004年groot由界面張力獲取相互作用參數(shù)。2005eric e. keaveny將md與dpd模擬相關(guān)聯(lián)。一、基本概念：一、基本概念：珠子（珠子（beadbead）：）：截?cái)喟霃剑ń財(cái)喟霃剑╮ rc c, cut-off radius, cut-off radius）簡化單位簡化單位多個(gè)原子或分子的集合體。珠子的作用范圍用單個(gè)珠子的質(zhì)量、截?cái)喟霃阶鳛閱挝涣烤V。如：crrrimmm作用力：二、方法體系二、方法體系水珠子油珠子1、運(yùn)動(dòng)方程以及作用力運(yùn)動(dòng)方程：iidrvdtiiidvmfdtjirijdijcij

3、iffff作用力：jirijdijcijiffffpairwise dissipation forcespairwise random forcesthree forcethree force作用力：排斥力、耗散力、隨機(jī)力說明：1995年espanol和warren提出dpd中耗散力和隨機(jī)力中的權(quán)函數(shù)必須滿足漲落耗散定理。1997年groot和warren通過自由能將高分子系統(tǒng)的flory-huggins理論與dpd方法相聯(lián)系2004年groot由界面張力獲取相互作用參數(shù)。(1)cijijijijfarr()dijdijijijfrvr 1/2rijrijijftr repulsive con

4、servative forces修正的velocity-verlet算法：二、方法體系二、方法體系2、數(shù)值積分方法 212,12iiiiiiiiiiiiiiir ttr ttvtf tv ttv ttf tf ttfr ttv ttv ttv tt f tf tt 說明：用粒子當(dāng)前的位置、速度和力來計(jì)算下一個(gè)時(shí)刻的位置和速度, 然后再用新的位置和速度計(jì)算新的力, 進(jìn)而修正速度, 每運(yùn)行一步, 力就更新一次。溫度穩(wěn)定效果較好65. 0排斥力：二、方法體系二、方法體系3、排斥力、耗散力和隨機(jī)力參數(shù)的選擇jirijdijcijiffffcijf在dpd中它代表物理系統(tǒng)中原子和分子之間復(fù)雜作用力的全部

5、?？梢酝ㄟ^dpd流體的狀態(tài)方程來確定排斥參量，在materials studio中amorphous cell、blends、discover等模塊配合使用可計(jì)算出排斥力參數(shù)；通過試驗(yàn)測量界面張力也可求得排斥力參數(shù)。隨機(jī)力：耗散力：dijfrijf耗散力和隨機(jī)力的值通過漲落耗散定理相關(guān)聯(lián), 兩者中只能任取一個(gè), 也就是說只設(shè)置耗散力參數(shù)。thwo參數(shù)參數(shù)wohtwoht排斥力、耗散力和隨機(jī)力參數(shù) 排斥力參數(shù)：ijadpd流體flory-huggins理論自由能排斥力參數(shù)的計(jì)算模擬體系的相互作用與flory-huggins理論的映射相聯(lián)系3253.50ijijax ： 1、最直接的方法是用flo

6、ry-huggins模型關(guān)聯(lián)高分子系統(tǒng)的相平衡或其他熱力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而得到 參數(shù)； 2、利用分子力學(xué)方法得到粗?；Ｗ酉到y(tǒng)的混合能而獲得 參數(shù)。ijxijxijxdpd方法有助于解決在配方化學(xué)、藥物設(shè)計(jì)、高分子科學(xué)、化學(xué)工程涉及到的復(fù)雜問題。它為復(fù)雜流體的研究提供了強(qiáng)大的理論工具。目前已經(jīng)成功應(yīng)用于復(fù)雜流體的研究，如：油/水/表面活性劑體系、聚合物、膠體溶液的化學(xué)形態(tài)、微觀形貌、相分離和流體流變特性等方面的研究。1 1、對復(fù)雜流體到、對復(fù)雜流體到達(dá)平衡態(tài)的模擬達(dá)平衡態(tài)的模擬復(fù)雜流體中的聚合物或表面活性劑等的聚集行為研究多相流中聚合物的微相分離和形貌變化其它方面2 2、對非平衡態(tài)下、對非平衡

7、態(tài)下流動(dòng)系統(tǒng)的模擬流動(dòng)系統(tǒng)的模擬液滴的變形、破碎微通道內(nèi)的流動(dòng)其它方面非平衡態(tài)平衡態(tài)非平衡態(tài)平衡態(tài)1 1、對復(fù)雜流體到達(dá)平衡態(tài)的模擬、對復(fù)雜流體到達(dá)平衡態(tài)的模擬3%10%20%30%35%40%55%正十四烷基硫酸鈉sts聚集形態(tài)表面活性劑體積百分?jǐn)?shù)表面活性劑體積百分?jǐn)?shù)1 1、對復(fù)雜流體到達(dá)平衡態(tài)的模擬、對復(fù)雜流體到達(dá)平衡態(tài)的模擬c=45%c=85%hydrogenated surfactant fluorinated surfactant氟表面活性劑聚集形態(tài)表面活性劑復(fù)配機(jī)理表面活性劑復(fù)配機(jī)理圖一 界面張力隨混合表面活性劑濃度變化圖兩種表面活性劑復(fù)配使界面孔隙減少，可以更加有效地降低界面張力。圖二 表面活性劑在界面聚集形態(tài)圖(a) 單一表面活性劑， (b) 兩種表面活性劑復(fù)配(a)(b)1 1、對復(fù)雜流體到達(dá)平衡態(tài)的模擬、對復(fù)雜流體到達(dá)平衡態(tài)的模擬1 1、對復(fù)雜流體到達(dá)平衡態(tài)的模擬、對復(fù)雜流體到達(dá)平衡態(tài)的模擬2 2、對非平衡態(tài)下流動(dòng)系統(tǒng)的模擬、對非平衡態(tài)下流動(dòng)系統(tǒng)的模擬2 2、對非平衡態(tài)下流動(dòng)系統(tǒng)的模擬、對非平衡態(tài)下流動(dòng)系統(tǒng)的模擬利用dpd模擬囊泡破裂過程2 2、對非平衡態(tài)下流動(dòng)、對非平衡態(tài)下流動(dòng)系統(tǒng)的模擬系統(tǒng)的模擬利用dpd研究了毛細(xì)血管中紅細(xì)胞的疊積機(jī)理。3 3、其它方面應(yīng)用、