耗散粒子动力学方法

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1、耗散粒子动力学模拟（DPD）应用化工1252DPD发展历史DPD基本原理DPD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

2、变。2001年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。2005EricE.Keaveny将MD与DPD模拟相关联。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：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：PairwisedissipationforcesPairwiserandomforcesThre

3、eForce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

4、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。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）THWO参数WOHTWOHT排斥力、耗散力和随机力参数排

5、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

6、流体到达平衡态的模拟①复杂流体中的聚合物或表面活性剂等的聚集行为研究②多相流中聚合物的微相分离和形貌变化③其它方面2、对非平衡态下流动系统的模拟①液滴的变形、破碎②微通道内的流动③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%hydrogenatedsurfactantfluorinatedsurfactant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

7、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（３）与其它层次的模拟方法的联系（1）相互作用势谢谢欣赏