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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本

2、样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,耗散粒子动力学模拟(,DPD,),应用,化工1252,DPD,发展历史,DPD,基本原理,DP

3、D,基本操作,DPD,应用举例,一,二,三,四,提出,理论基础,发展,1992,年,,Hoogerbrugge,和,Koelman,在结合分子动力学和气体格子法的优点的基础上,,找到了一个能够在介观的时间与空间尺度上模拟复杂流体的方法。,DPD,方法,1995,年,Espanol,和,Warren,提出,DPD,中耗散力和随机力中的权函数必须满足涨落,耗散定理。,1997,年,Groot,和,Warren,通过自由能将高分子系统的,Flory-Huggins,理论与,DPD,方法相联系,1999,年,,Coveney,和,Fabritiis,将,DPD,粒子质量和大小定义成可变。,2001,年

4、Pagonabarraga,提出一种多体,DPD,方法。,2003,年,Groot,将静电作用引入,DPD,模拟。,2004,年,Groot,由界面张力获取相互作用参数。,2005Eric,E.Keaveny,将,MD,与,DPD,模拟相关联。,一、基本概念:,珠子(,bead,):,截断半径(,r,c,cut-off radius,),简化单位,多个原子或分子的集合体。,珠子的作用范围,r,c,用单个珠子的质量、截断半径作为单位量纲。如:,作用力:,二、方法体系,水珠子,油珠子,DPD,模拟,1,、运动方程以及作用力,运动方程:,作用力:,Pairwise dissipation forc

5、es,Pairwise random forces,Three Force,作用力:排斥力、耗散力、随机力说明:,1995,年,Espanol,和,Warren,提出,DPD,中耗散力和随机力中的权函数必须满足涨落,耗散定理。,1997,年,Groot,和,Warren,通过自由能将高分子系统的,Flory-Huggins,理论与,DPD,方法相联系,2004,年,Groot,由界面张力获取相互作用参数。,Repulsive conservative,forces,修正的,Velocity-Verlet,算法:,二、方法体系,2,、数值积分方法,说明:用粒子当前的位置、速度和力来计算下一个时刻

6、的位置和速度,然后再用新的位置和速度计算新的力,进而修正速度,每运行一步,力就更新一次。,温度稳定效果较好,排斥力:,二、方法体系,3,、排斥力、耗散力和随机力参数的选择,在,DPD,中它代表物理系统中原子和分子之间复杂作用力的全部。,可以通过,DPD,流体的状态方程来确定排斥参量,在,Materials Studio,中,Amorphous,Cell,、,Blends,、,Discover,等模块配合使用可计算出排斥力参数;通过试验测量界面张力也可求得排斥力参数。,随机力:,耗散力:,耗散力和随机力的值通过涨落,耗散定理相关联,两者中只能任取一个,也就是说只设置耗散力参数。,经验值,定义珠子

7、计算珠子间相互作用参数,设置模拟环境(步长、温度、盒子尺寸),T,H,W,O,参数,W,O,H,T,W,O,H,T,排斥力、耗散力和随机力参数,排斥力参数:,DPD,流体,Flory-Huggins,理论,自由能,排斥力参数的计算,模拟体系的相互作用与,Flory-Huggins,理论的映射相联系,:,1,、最直接的方法是用,Flory-Huggins,模型关联高分子系统的相平衡或其他热力学性质的实验结果而得到 参数;,2,、利用分子力学方法得到粗粒化粒子系统的混合能而获得 参数。,DPD,方法有助于解决在配方化学、药物设计、高分子科学、化学工程涉及到的复杂问题。它为复杂流体的研究提供了强大

8、的理论工具。目前已经成功应用于复杂流体的研究,如:油,/,水,/,表面活性剂体系、聚合物、胶体溶液的化学形态、微观形貌、相分离和流体流变特性等方面的研究。,1,、对复杂流体到达平衡态的模拟,复杂流体中的聚合物或表面活性剂等的聚集行为研究,多相流中聚合物的微相分离和形貌变化,其它方面,2,、对非平衡态下流动系统的模拟,液滴的变形、破碎,微通道内的流动,其它方面,非平衡态,平衡态,非平衡态,平衡态,1,、对复杂流体到达平衡态的模拟,3%,10%,20%,30%,35%,40%,55%,正十四烷基硫酸钠,STS,聚集形态,表面活性剂体积百分数,1,、对复杂流体到达平衡态的模拟,C=45%,C=85%

9、hydrogenated surfactant fluorinated surfactant,氟表面活性剂聚集形态,表面活性剂复配机理,图一 界面张力随混合表面活性剂浓度变化图,两种表面活性剂复配使界面孔隙减少,可以更加有效地降低界面张力。,图二 表面活性剂在界面聚集形态图,(a),单一表面活性剂,,(b),两种表面活性剂复配,(a),(b),1,、对复杂流体到达平衡态的模拟,1,、对复杂流体到达平衡态的模拟,2,、对非平衡态下流动系统的模拟,2,、对非平衡态下流动系统的模拟,利用,DPD,模拟囊泡破裂过程,2,、对非平衡态下流动系统的模拟,利用,DPD,研究了毛细血管中红细胞的叠积机理。,3,、其它方面应用,碳纳米管在表面活性剂中的分散,11,总结,1,、方法新颖,2,、应用广泛,3,、理论还需进一步完善,(,2,)模拟系统的作用力与真实系统性质的映射,()与其它层次的模拟方法的联系,(,1,),相互作用势,谢谢欣赏,

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