DPD分子模擬方法

耗散粒子動力學（Dissipative particle dynamics，DPD）是一種分子模擬算法，用於模擬複雜流體的行為。DPD方法首先由Hoogerbrugge和Koelman於1992年提出，用於解決格狀自動機方法與實際的差異和分子動力學（MD）所無法解決的介觀的時間與空間尺度上的流體問題。

基本介紹

• 中文名：DPD模擬方法
• 外文名：Dissipative particle dynamics simulation
• 類別：分子模擬算法
• 提出者：Hoogerbrugge和Koelman

簡介

耗散粒子動力學（Dissipative particle dynamics，DPD）是一種分子模擬算法，用於模擬複雜流體的行為。DPD方法首先由Hoogerbrugge和Koelman於1992年提出，用於解決格狀自動機方法與實際的差異和分子動力學（MD）所無法解決的介觀的時間與空間尺度上的流體問題。之後被Espanol改寫，使其符合熱平衡狀態的條件。此後，一些列擴展的和經過最佳化的的DPD算法被提出。DPD是一種非格子模型的方法，模擬粒子在連續的空間和間斷的時間中運動。DPD方法中單個粒子代表整個分子或包含多個分子，或高分子的一個片段的流體區域，而不是單個原子，並且不考慮原子的行為細節，認為其與過程無關。粒子自身的自由度被整合，粒子間的受力由一對保守力、耗散力與隨機力表示，並以此保證動量守恆與正確的流體動力學行為。

性質

DPD方法與傳統的MD模擬方法相比，主要優勢在於可實現更大時間與空間尺度的模擬計算。100 nm尺寸的聚合物流體在幾十微秒時間尺度的模擬現已普遍使用。

方程

DPD將兩個不成鍵粒子i與j之間的作用力分為三種，分別是保守力（Fc），耗散力（Fd）和隨機力（Fr）：

為了減少計算時間，設有截斷半徑，僅當兩粒子間距離小於截斷半徑時才計算兩者間的作用力。

保守力代表粒子的化學性質，不同種類粒子保守力的作用參數不同，以此區分不同粒子之間的親疏性。耗散力與隨機力的值通過漲落-耗散定理相關聯，並使其統計值符合系統溫度。此外，根據粒子間的成鍵，還加入以彈簧振子為模型的鍵張力，和用於維持一定鍵角的角張力等。