DPD参数.doc

计算DPD模拟的输入参数目的：举例说明怎样计算出真实体系的DPD模拟参数模块：Materials Visualizer, DPD时间：准备：无背景：DPD模拟的一个优势是在对体系进行流体动力学模拟时同时考虑了体系中物质的化学性质。通过分子的结构和基团与基团的排斥力可以得到体系的化学信息。这部分指南介绍了在MS Modeling上运行这些计算的步骤。注释：这些参数也可以通过其他方法得到，其中一些涉及到其他的模拟工具，一些涉及到试验数据。这些确定模拟参数的方法的预见性并不一定弱。介绍：这篇指南的目的是确定在聚丙炔中包含两元混合物SEBS 的一个体系的DPD模拟的参数 。SEBS是一种三元共聚物，包含苯乙烯端基，内部为乙烯与丁烯的共聚物。这种物质中各种单体相互不协调，而且其相位分离。由于混合物的作用从SEBS在聚丙烯中的相图可以看到存在许多相。SEBS中单体的长度变化各不相同，所以单体链长的选取是任意的。题目中聚乙烯的分子量被赋值在20000左右，所以也被认为是聚合物的分子量。因为没有时间去模拟所有你需要的参数，所以会给你一些参数。指南目录： 计算二元混合物 Flory-Huggins（弗洛里哈金斯） 参数 确定每个链的基团数目 将 Flory-Huggins（弗洛里哈金斯）参数转化为DPD输入 在PP中模拟SEBS提示.在执行操作时，最好显示出每个文件的扩展名。如果在您的Project Explorer没有显示文件的扩展名，请查看Project Explorer主题，进行设置。1. 计算二元混合物的Flory-Huggins（弗洛里哈金斯）参数在本项模拟中你可以指定三种化学性质截然不同的化学基团：聚苯乙烯，聚丙烯，和任意一种由乙烯和丁烯组成的聚合物，他们组成了SEBS分子的中心部分。因此你必须得到它们两两之间每一对的Flory-Huggins（弗洛里哈金斯）相互作用参数。例如，PS-PP, PS-EB, PP-EB,这里PS代表聚苯乙烯，PP代表聚丙烯，EB代表任意一种由乙烯和丁烯组成的聚合物。计算最有效的Flory-Huggins（弗洛里哈金斯）的最有效方法就是对三种体系执行无定形晶包动力学计算：纯PS，纯EB，和其二者的混合物。通过这正方法，能得到内聚能(Ecoh)。最小内聚能通过一下公式求得：这里表示单位体积的能量，通过本式就可以由下式确定Flory-Huggins（弗洛里哈金斯）参数：这里Vmon代表单位体积 然而，这种方法对于此指南太费时。我们将用一个基于溶解性参数的表达式来代替。这些溶解性参数可以通过试验或者进行定量结构性质关联Quantitative Structure Property Relationship (QSPR)来获得，如同在Synthia模块中得到的。用QSPR方法通过Synthia得到的体系不同组分的溶解性参数，见下表：组分van Krevelen溶解参数 (Jcm3)1/2PS19.52PP16.06PE16.80PB16.34EB16.49溶解性参数可以影响Flory-Huggins相互作用参数：是一个参量，通常选取某种组分的摩尔体积用于决定Synthia方法的，体系各组分的摩尔体积（298K）见下表：组分Molar Volume (cm3/mol)PS96.98PP49.04EB48.89用上面给出的溶解性参数和用摩尔体积的算术平均数作为 ，可以得到：组分PSPPEBPS00.350.270PP0.3500.004EB0.2700.0040将这些参数转变成DPD单位的必须过程见第三部分。 2. 确定每个链的基团数目每个中等尺度的分子中基团的数目是由聚合物的聚合度以及聚合物的（Cn）特征比率决定的。体系中各组分的特征比率，聚合物手册Polymer Handbook (Brandrup and Immergut, 1989)中已经给出，见下表：组分CnPS9.9PP6.7EB7.32DPD链长(NDPD)表达式为：这里Mp 是聚合物的分子量，Mm 是单体分子的分子量Cn 为特征比率。因此，以PP为例，应该得到的链长为20000/（42*6.7）71.注意：这已经接近了能应用于DPD的最大链长。然而，如果你选取的链长大于100DPD基团，一般情况下可以重新调整参数。可以通过增加相同作用的相互作用参数来减小链长，在参数前乘一个常数xN。在SEBS中链长的选择是非常随意的。在本指南中我们使用10个基团的苯乙烯块，20个基团的中心乙烯/丁烯片断。提示。如果可能，你应当由特征比率（通过试验，QSPR或者RIS/RMMC计算得到）来确定NDPD3将Flory-Huggins参数转化为DPD输入Groot 和 Warren (1997)进行了一系列关于各种排斥参数的二元混合物的DPD计算。然后计算了Flory-Huggins参数，并且发现c和aij 是呈线性关系的。这种关系可以用来确定已知c值的一对组分的输入参数。Groot 和 Warren得到的这种关系适用于基团密度在3到5之间的体系。如果用于基团小于3的体系，将导致错误；同时若用于大于5的体系，将时模拟计算时间增长。模拟计算时间随密度变化平方增长。由于低密度的模拟更有效率，我们使r=3，此时Flory-Huggins参数与排斥参数之间的关系为：最后一项为基团的自排斥输入项。这个值表示同水一样的可流动性和可压缩性的纯DPD相似。通过以上各公式我们得到如下排斥参数，用于DPD计算的aij ：组分PSPPEBPS25.026.125.9PP26.125.025.0EB25.925.025.04.在PP中模拟SEBS现在我们得到了所有的输入参数，你可以进行模拟了。在模块工具条中选择DPD ，然后选择Calculation。显示出DPD计算的对话框，首要任务是指定你进行的模拟中包括的基团数。选择Species标签，在Bead types栏中分别在不同行键入PS，PP和EB。一旦你确定了基团，你可以指定中尺度分子和它们的基团公式。在Mesoscale molecules栏中的Name项键入Polypropylene，Topology项键入PP 71。在下一行，Name项输入SEBS，Topology项输入PS 10 EB 20。我们已经定义聚丙烯由71各PP基团组成，SEBS由10个PS基团和20 个EB基团和10个PS基团组成。选择Interactions按钮，在Repulsions中键入如下数值：组分PSPPEBPS25.026.125.9PP26.125.025.0EB25.925.025.0不要改变默认的Wall repulsions势井和Dissipation分散参数。选择System按钮，确定模拟单元为10x10x10。模拟单元应该包括50的聚丙烯和50的SEBS。设定两种组分的Relative Amounts相关数量为0.5。选择Setup按钮，设置Number of steps为10000。在Output periods区域，改变Frame every为10000步，增加Coordinates every匹配步长为2，Restart file every重新开始文件步长为5000。在工作控制栏，你可以选择一个服务器来进行计算。你也可以为这个工作选择一个新名字。选择Job Control按钮。不选择Automatic自动并且在Job description工作描述文件键入SEBS_PP。选择每500 steps Live updates自定升级。现在已经准备好进行计算了。点击DPD计算对话框上的Run按钮。由于本指南是讨论DPD模拟的参数设置问题，所以不必分析输出结果。然而，如果您希望进行结果分析，您可以查看Interpreting the results files结果解释文件和 Visualizing the results of a run topics计算的观察与结果部分。如果您要分析结果，您应该开始看二元聚合物分离。然而，一个长时间的计算需要看全部结果。提示。在DPD计算的对话框，选择Restart checkbox您可以重新计算。指南结束。 参考内容1 FloryHuggins相互作用参数我们学到在经典的高分子溶液理论中，FloryHuggins晶格模型理论是借助晶格模型并运用统计热力学的方法推导了高分子溶液的混合热和混合Gibbs自由能的公式：只考虑最近邻分子间的相互作用，当两种液体A和B混合时，每拆散半对AA和BB，便可能形成一对AB。由此引出的定义，称为高分子溶剂相互作用参数，亦称FloryHuggins相互作用参数，反映高分子与溶剂混合过程中相互作用能的变化，也反映了高分子的一个链节与一个溶剂分子交换时所引起的