Dissipative particle dynamics (original) (raw)

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耗散粒子动力学（Dissipative particle dynamics，DPD）是一种的分子模拟算法，用于模拟复杂流体的行为。DPD方法首先由Hoogerbrugge和Koelman于1992年提出，用于解决格状自动机方法与实际的差异和分子动力学（MD）所无法解决的介观的时间与空间尺度上的流体问题。之后被Espanol改写，使其符合热平衡状态的条件。此后，一些列扩展的和经过优化的的DPD算法被提出。 DPD是一种非格子模型的方法，模拟粒子在连续的空间和间断的时间中运动。DPD方法中单个粒子代表整个分子或包含多个分子，或高分子的一个片段的流体区域，而不是单个原子，并且不考虑原子的行为细节，认为其与过程无关。粒子自身的自由度被整合，粒子间的受力由一对保守力、耗散力与随机力表示，并以此保证动量守恒与正确的流体动力学行为。这些近似的结果使得DPD方法能模拟更大空间和时间尺度的系统。与全原子模拟相比，DPD方法虽然不能提供原子尺度的描述，但其因为把数个溶剂分子“捆绑”成一个DPD粒子的处理，使得粒子间有有效的摩擦相互作用和涨落，反而能得到较为准确的流体动力学性质。 DPD方法与传统的MD模拟方法相比，主要优势在于可实现更大时间与空间尺度的模拟计算。100 nm尺寸的聚合物流体在几十微秒时间尺度的模拟现已普遍使用。

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dbo:abstract Dissipative particle dynamics (DPD) is an off-lattice mesoscopic simulation technique which involves a set of particles moving in continuous space and discrete time. Particles represent whole molecules or fluid regions, rather than single atoms, and atomistic details are not considered relevant to the processes addressed. The particles' internal degrees of freedom are integrated out and replaced by simplified pairwise dissipative and random forces, so as to conserve momentum locally and ensure correct hydrodynamic behaviour. The main advantage of this method is that it gives access to longer time and length scales than are possible using conventional MD simulations. Simulations of polymeric fluids in volumes up to 100 nm in linear dimension for tens of microseconds are now common. DPD was initially devised by Hoogerbrugge and Koelman to avoid the lattice artifacts of the so-called lattice gas automata and to tackle hydrodynamic time and space scales beyond those available with molecular dynamics (MD). It was subsequently reformulated and slightly modified by to ensure the proper thermal equilibrium state. A series of new DPD algorithms with reduced computational complexity and better control of transport properties are presented. The algorithms presented in this article choose randomly a pair particle for applying DPD thermostating thus reducing the computational complexity. (en) La dynamique des particules dissipatives, souvent notée DPD, est une équation différentielle stochastique, utilisée en dynamique moléculaire pour modéliser bien souvent des polymères ou autres systèmes composés de molécules complexes. Ce modèle a été développé par Hoogerbrugge et Koelman en 1992 afin de modéliser le mouvements de polymères dans un solvant composé de particules bien plus petites. Le problème d'un tel système est qu'il couple deux phases ayant des échelles de temps et de valeur très différentes: les molécules du solvant ont des temps et des longueurs caractéristiques inférieures de plusieurs ordres de grandeur à ceux des polymères. Ainsi, utiliser les méthodes classiques de dynamique moléculaire obligerait à prendre des pas de temps correspondants au solvant, et donc impliquerait des simulations extrêmement longues pour observer un quelconque phénomène sur le polymères. Il est donc nécessaire afin de pouvoir effectuer des simulations numériques de tels systèmes en temps raisonnables de disposer de modèles dits « multi-échelles », qui réduisent la complexité de la description tout en conservant l'information considérée comme « importante ». La dynamique des particules dissipatives est un modèle de ce type. (fr) 耗散粒子动力学（Dissipative particle dynamics，DPD）是一种的分子模拟算法，用于模拟复杂流体的行为。DPD方法首先由Hoogerbrugge和Koelman于1992年提出，用于解决格状自动机方法与实际的差异和分子动力学（MD）所无法解决的介观的时间与空间尺度上的流体问题。之后被Espanol改写，使其符合热平衡状态的条件。此后，一些列扩展的和经过优化的的DPD算法被提出。 DPD是一种非格子模型的方法，模拟粒子在连续的空间和间断的时间中运动。DPD方法中单个粒子代表整个分子或包含多个分子，或高分子的一个片段的流体区域，而不是单个原子，并且不考虑原子的行为细节，认为其与过程无关。粒子自身的自由度被整合，粒子间的受力由一对保守力、耗散力与随机力表示，并以此保证动量守恒与正确的流体动力学行为。这些近似的结果使得DPD方法能模拟更大空间和时间尺度的系统。与全原子模拟相比，DPD方法虽然不能提供原子尺度的描述，但其因为把数个溶剂分子“捆绑”成一个DPD粒子的处理，使得粒子间有有效的摩擦相互作用和涨落，反而能得到较为准确的流体动力学性质。 DPD方法与传统的MD模拟方法相比，主要优势在于可实现更大时间与空间尺度的模拟计算。100 nm尺寸的聚合物流体在几十微秒时间尺度的模拟现已普遍使用。 (zh)
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