[发明专利]一种非平衡分子动力学模拟计算分子扩散系数的方法

摘要

本发明提供一种非平衡分子动力学模拟计算分子扩散系数的方法，该方法单纯采用分子动力学模拟直接计算出混合物中各组分沿扩散方向的浓度梯度及扩散通量，从而能够精确的计算出各组分的分子扩散系数；本发明方法与双控制体积巨正则分子动力学(DCV‑GCMD)模拟方法相比，本发明有效的提高了模拟效率，而且显著的降低了模拟程序编写中的难度。

主权项

1.一种非平衡分子动力学模拟计算分子扩散系数的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，计算包含组份1与组份2两种组份的混合物中组分1在高浓度区与低浓度区的摩尔浓度ch与cl；步骤2，计算组分1在时间t内通过某一截面E的净分子数目N；步骤3，通过以下公式计算组分1的扩散系数D，式中，N为通过截面E的净分子数目；L为高浓度区与低浓度区之间的距离；NA为阿伏伽德罗常数；A为截面E的横截面积；t为统计时间；ch与cl分别表示组分1在高浓度区与低浓度区的摩尔浓度；所述步骤1的具体步骤如下：将系统沿扩散方向依次划分为低浓度区、扩散区、高浓度区、扩散区、低浓度区共5个区域，高浓度区与低浓度区的体积分别表示为Vh与Vl ，所述截面E位于扩散区，在模拟初始时刻，将组分1与组分2等数量的放置于模拟盒子内；模拟过程实施包括以下步骤：1）每隔t1时间间隔，在高浓度区内随机选取一个组分2的分子，在低浓度区内随机选取一个组分1的分子，交换两分子位置，而各自保持速度不变；2）待系统达到稳态后，统计t时间间隔内，组分1在高浓度区与低浓度区的平均分子数目Nh与Nl，则组分1在高浓度区与低浓度区的浓度可由以下两式计算：所述步骤2的具体步骤如下：系统达到稳态后，统计t时间间隔内，组分1与组分2分子位置交换的次数Nc，则时间t内，通过某一截面E的净分子数目N=Nc/2。