耗散粒子动力学方法PPT课件

.,1,计算机在腐蚀防护中的应用,中国石油大学,耗散粒子动力学（DPD）,.,2,内容提要,DPD发展历史,DPD基本原理,DPD基本操作,DPD应用举例,.,3,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,.,4,一、基本概念：,珠子（bead）：,截断半径（rc,cut-offradius）,简化单位,多个原子或分子的集合体。,珠子的作用范围,rc,用单个珠子的质量、截断半径作为单位量纲。如：,.,5,作用力：,二、方法体系,DPD模拟,1、运动方程以及作用力,运动方程：,.,6,作用力：,Oil,Water,Pairwisedissipationforces,Pairwiserandomforces,ThreeForce,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。,Repulsiveconservativeforces,.,7,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,.,8,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MaterialsStudio中AmorphousCell、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。,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,.,9,定义珠子,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）,排斥力、耗散力和随机力参数,排斥力参数：,.,10,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。,Back,.,11,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。,.,12,非平衡态,平衡态,非平衡态,平衡态,.,13,1、对复杂流体到达平衡态的模拟,正十四烷基硫酸钠STS聚集形态,表面活性剂体积百分数,.,14,1、对复杂流体到达平衡态的模拟,氟表面活性剂聚集形态,.,15,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。,1、对复杂流体到达平衡态的模拟,.,16,1、对复杂流体到达平衡态的模拟,.,17,2、对非平衡态下流动系统的模拟,.,18,2、对非平衡态下流动系统的模拟,利用DPD模拟囊泡破裂过程,.,19,2、对非平衡态下流动系统的模拟,利用D