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adf:heatconductance

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adf:heatconductance [2022/09/22 12:05] – [温度曲线生成] liu.junadf:heatconductance [2024/04/15 13:59] (当前版本) – [模型与参数] liu.jun
行 1: 行 1:
-======ReaxFF-热导率：使用T-NEMD方法计算热导率======+======ReaxFF-热导率方法1：T-NEMD方法结合温度分布======
 =====计算方法与思路===== =====计算方法与思路=====
 在体系中划分一个区域为“热源”，类似划分一个区域为“热漏”，二者之间存在一个热传导区域。系统不断通过“热源”以一定速率释放能量，而“热漏”则以相同速率吸收能量，在经过足够时间长度之后，整个系统的温度将达到一种平衡状态。热传导区域的温度分布曲线，将会存在一个稳定的梯度：靠近“热源”的位置温度最高，靠近“热漏”的位置温度最低。 在体系中划分一个区域为“热源”，类似划分一个区域为“热漏”，二者之间存在一个热传导区域。系统不断通过“热源”以一定速率释放能量，而“热漏”则以相同速率吸收能量，在经过足够时间长度之后，整个系统的温度将达到一种平衡状态。热传导区域的温度分布曲线，将会存在一个稳定的梯度：靠近“热源”的位置温度最高，靠近“热漏”的位置温度最低。
行 5: 行 5:
 **温度分布曲线：** **温度分布曲线：**
  
-A、B、C三个方向，分别均分为N个切片，温度曲线是这N个切片的温度。会得到三个温度分布函数，对应三个方向的温度分布。每个切片的温度，是这个切片内所有原子，从上一帧到当前帧的时间范围内的平均温度。因此切片数不建议太多（以确保片内原子个数较多，具有统计平均的意义），保存轨迹的频率不宜高（默认100建议改为1000或2000甚至根据需要改到更大数值），否则都会导致温度曲线震荡会比较剧烈，失去统计意义。+A、B、C三个方向（[[adf:showabc|如何显示方向？]]），分别均分为N个切片，温度曲线是这N个切片的温度。会得到三个温度分布函数，对应三个方向的温度分布。每个切片的温度，是这个切片内所有原子，从上一帧到当前帧的时间范围内的平均温度。因此切片数不建议太多（以确保片内原子个数较多，具有统计平均的意义），保存轨迹的频率不宜高（默认100建议改为1000或2000甚至根据需要改到更大数值），否则都会导致温度曲线震荡会比较剧烈，失去统计意义。
  
 **热导率计算公式：** **热导率计算公式：**
行 30: 行 30:
 正常设置分子动力学基本参数。需要注意的是，为了确保温度曲线数据稳定，我们将保存轨迹的频率从默认的100改为了3000，总共运行60万步。关于步数：需要让体系的温度分布达到平衡状态，多少步才能达到平衡？模拟之前，我们是不知道的，因此可以设置的大一些。 正常设置分子动力学基本参数。需要注意的是，为了确保温度曲线数据稳定，我们将保存轨迹的频率从默认的100改为了3000，总共运行60万步。关于步数：需要让体系的温度分布达到平衡状态，多少步才能达到平衡？模拟之前，我们是不知道的，因此可以设置的大一些。
 {{ :adf:heatconduct02.png?650 }} {{ :adf:heatconduct02.png?650 }}
-设置温度：如果我们关心什么温度下的热导率，这里就设置为多少+设置温度：如果我们关心什么温度下的热导率，这里就设置为多少，这个温度将会是体系的总体平均温度。
 {{ :adf:heatconduct03.png?650 }} {{ :adf:heatconduct03.png?650 }}
 分别设置热源区域（Source）和热漏区域（Sink）（如何添加Region，参考教程[[adf:creatregion]]） 分别设置热源区域（Source）和热漏区域（Sink）（如何添加Region，参考教程[[adf:creatregion]]）
行 41: 行 41:
   * Method是实现热传导的三种算法：1) Simple方法中，原子速度按比例放大（或缩小）一个因子，该因子与能量速率对应，不考虑总动量的守恒；2) HEX 方法中，速度以总动量守恒的方式缩放，这会在总能量中引入一个小但可见的漂移；3) e HEX 算法，通过添加三阶时间积分校正来消除漂移，从而改进HEX。我们测试SiO<sub>2</sub>的热导率，Simple与HEX几乎没有差别，e Hex略有小幅变化（仅1‰量级）。   * Method是实现热传导的三种算法：1) Simple方法中，原子速度按比例放大（或缩小）一个因子，该因子与能量速率对应，不考虑总动量的守恒；2) HEX 方法中，速度以总动量守恒的方式缩放，这会在总能量中引入一个小但可见的漂移；3) e HEX 算法，通过添加三阶时间积分校正来消除漂移，从而改进HEX。我们测试SiO<sub>2</sub>的热导率，Simple与HEX几乎没有差别，e Hex略有小幅变化（仅1‰量级）。
   * 设置为2000步以后才开始进行热传导（因为MD前面的一些step，体系有可能还没有达到平衡，这个过程相当于让体系充分弛豫，这个值也可以适当调整   * 设置为2000步以后才开始进行热传导（因为MD前面的一些step，体系有可能还没有达到平衡，这个过程相当于让体系充分弛豫，这个值也可以适当调整
-  * 能量传递速率（即功率）为0.004 Hatree/fs，对应**热导率公式中的W**。**注意**，W是指热源传递出去热量的总功率，本例中的周期性原因，它向±C方向都有传递，因此在其中一个方向上，只有一半的功率。基于这一点而言，两个热传递区域设置为一样长更严谨，能够确保功率为总功率的一半，即**公式中W的值为Heat Rate值的一半**。该值的设置太大，有可能过载（系统承受不了这么大能量流，计算会报错），太小则达到平衡的速度太慢，需要的总MD步数会很高。+  * 能量传递速率（即功率）为0.004 Hatree/fs，对应**热导率公式中的W**。**注意**，W是指热源传递出去热量的总功率，本例中的周期性原因，它向±C方向都有传递，因此在其中一个方向上，只有一半的功率。基于这一点而言，两个热传递区域设置为一样长更严谨，能够确保功率为总功率的一半，即**公式中W的值为Heat Rate值的一半**。该值的设置太大，有可能过载（系统承受不了这么大能量流，计算会报错：Error: Trying to pump Too much heat from the system. Decrease the HeatingRate value），太小则达到平衡的速度太慢，需要的总MD步数会很高。
   * 指定热源为Source区域的原子，热漏为Sink区域的原子。当然用户也可以不使用region，直接勾选Show，然后在下面对应的ABC数据中设定热源与热漏的范围，ABC为晶格矢量，后面的数据为分数坐标，用户可以通过修改数值，观察阴影区域的变化，从而正确理解数据的作用。   * 指定热源为Source区域的原子，热漏为Sink区域的原子。当然用户也可以不使用region，直接勾选Show，然后在下面对应的ABC数据中设定热源与热漏的范围，ABC为晶格矢量，后面的数据为分数坐标，用户可以通过修改数值，观察阴影区域的变化，从而正确理解数据的作用。
  
行 57: 行 57:
 =====温度曲线生成===== =====温度曲线生成=====
  
-计算完毕后，SCM → Kf Browser → File → Expert Mode，窗口底部输入tempprofiel，在MDHistory中可以找到每一帧（本例60万步，每3000步保存一次，加上初始结构因此有201帧）的温度分布函数数据，例如101帧C方向：+计算完毕后，SCM → Kf Browser → File → Expert Mode，窗口底部输入tempprofile，在MDHistory中可以找到每一帧（本例60万步，每3000步保存一次，加上初始结构因此有201帧）的温度分布函数数据，例如101帧C方向：
  
 {{ :adf:heatconduct06.png?650 }} {{ :adf:heatconduct06.png?650 }}
行 67: 行 67:
 <color grey>将所有数值复制到Word文档中，选中数据之间的间隔，用查找替换功能，将其替换为换行符^p，再选中剩余的不规则字符，类似替换为空字符（什么也没有），则变成了规则的一列数据。</color> <color grey>将所有数值复制到Word文档中，选中数据之间的间隔，用查找替换功能，将其替换为换行符^p，再选中剩余的不规则字符，类似替换为空字符（什么也没有），则变成了规则的一列数据。</color>
  
-横坐标值就是从0~C之间的等分30个数值，其中C=267.448384 Å，每个数据点的横坐标间隔为C/29，热导率公式需要的C方向的横截面积S为4002.8113 Å<sup>2</sup>（即**热导率公式中的S**）：+横坐标值就是从0~C之间的等分30个数值，如下图所示，C=267.448384 Å，每个数据点的横坐标间隔为C/30，热导率公式需要的C方向的横截面积S为4002.8113 Å<sup>2</sup>（即**热导率公式中的S**）：
  
 {{ :adf:heatconduct07.png?650 }} {{ :adf:heatconduct07.png?650 }}
行 89: 行 89:
 = 5.59 W/mK = 5.59 W/mK
  
 +=====注意：=====
 +  * 模型太小，则热涨落很大，模型越大，结果越趋于稳定。
 +  * 力场的准确度对结果影响很大。
 +  * 该方法对力场、DFTB、MOPAC、DFT均适用。
adf/heatconductance.1663819539.txt.gz · 最后更改: 2022/09/22 12:05 由 liu.jun

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