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耗散粒子动力学的简单介绍和应用前景 mg0424112 徐源 一． 耗散粒子动力学的发展 耗散粒子动力学（ dissipative particle dynamics ）是一种新欣的计算机模拟和 描述流体的方法，是对分子动力学（ MD ）和 LGA 模拟的继承和发展。分子动 力学描述的精度较高， 但是计算的代价较高， 到目前为止， 只能用来成功地处理 一些简单的流体。另外， 分子动力学应用条件比较苛刻，只能处理两维问题。 LGA （lattice-gas automata）是 1986 年 Frisch, Hasslacher, Pomeau,Wolfram提 出的描述流体行为的模拟方法，随后 Rothman 和 Keller 发展这个方法，使它能 描绘不能互融的流体行为。但是 LGA 模拟有一个不足：模拟中， LGA 引入一个 重要的概念：格子 (lattice), 格子的存在导致伽利略不变性的消失，因此，在描述 压缩流体和多相流体时，误差较大。 耗散粒子动力学，集合了以上两种方法的优点：排除了虚拟格子的概念，从 而避免了 LGA 方法的精度的麻烦，另一方面，保留了分离时间步骤的概念，简 化了模型，加快了计算的过程。更重要的是，与前面两者相比较，耗散粒子动力 学更容易和精确的模拟了三维状态下流体的行为，因此，具有更重要的意义。 在耗散粒子动力学中，基本颗粒是“格子” ，它表示流体材料的一个小区域， 相当于 MD 模拟中我们所熟悉的原子和分子。假设所有小于一个格子半径的自 由度被调整出去只保留格子间粗粒状的相互作用。 在格子之间存在三种力， 使得 每个格子对保持格子数和线性动量都守恒：简谐守恒相互作用（保守力） ，表示 运动的格子之间的粘滞阻力 （耗散力）和为保持不扩散对系统的能量输入 （随机 力）。所有这些力都是短程力并具有一个固定的截止半径。通过选择适当这些力 的大小，可得到一个相应于 gibbs-cano系统的稳定态。 对于格子运动方程积分可 以产生一条通过系统相空间轨迹线，由它可以计算得到所有的热力学可观测量 （如密度场，序参量，相关函数，拉伸张量等） 。 1 耗散粒子动力学通过记录粒子的位置和相应时刻来描绘粒子的行为。 粒子在 碰撞的过程中， 动量和质量是守恒的，能量是不守恒的。和 LGA 模拟一样，模 型在一个时间步的演变是分为两小步不断交替重复来进行的： （1）一个极小的碰 撞时间（ impulse step） （2 ）一个传播时间△ t( propagation step) . 在碰撞步骤 里，每个粒子（ Pi）通过相互作用改变了方向和速度， 然后进入传播时间，在 这个步骤里， 速度已经改变， 每个粒子都沿着一定的速度滑行， 和其他粒子没有 相互作用。 碰撞时间步骤： p ij ij i e