用户工具

站点工具

本页面的其他翻译:
  • zh

adf:combustionwithdftb

使用SCC-DFTB分子动力学模拟烃的燃烧

建模

参数设置

  • 本例的体系使用DFTB,在普通台式计算机上计算大约需要两个小时。DFTB是密度泛函理论(DFT)的一种计算效率很高的近似方法,通常非常准确。如果您想要更快的计算,也可以使用ReaxFF反应力场运行本例子,本例应使用CHO.ff力场。
  • 这里选择SCC-DFTB,是因为DFTB0不考虑电子的自洽,SCC则更精确一些,涉及化学反应,建议SCC-DFTB甚至DFTB3。
  • K-space:对于纯分子体系而言,Gamma Only即可。仅仅对于固体、表面,才需要设置多个k点。
  • Occupation选择Fermi有利于收敛,Fermi temperature与实际温度没有任何关系,仅仅是类似控制Smearing宽度的一个量,温度越高,宽度越宽,越容易避免收敛问题,但会一定程度上略微降低结果的可信度。

设置分子动力学基本参数:

  • 10000步*0.5fs步长,则总体模拟时间为5ps,不过温度较高时,不建议步长太大,否则会失真,实际建议0.25fs步长,甚至0.15fs步长,但如此模拟时长就变为了2.5ps、1.5ps,未必能观察到反应了。
  • Sample frequency:5表示每5步保存一次轨迹,这个数值越小,轨迹动画的连续性越好,但轨迹文件正比增大。
  • 起始温度3500K,可设可不设置,如果不设置,将自动沿用NVT或NPT系综设置里面的第一个出现的温度。

设置NVT系综:

这里简单的设置了一个恒温系综,温度3500K,关于温度变化、不同系综的设置,与ReaxFF是完全一样的界面,用户可以直接参考ReaxFF的教程:【入门基础教程】燃烧:甲烷燃烧过程模拟、基元反应分析、反应速率常数计算、键级

结果查看

根据初始条件(和运气)的不同(分子动力学模拟中,引入了随机性),燃烧开始、异辛烷分解可能需要一段时间。

当我们在AMSinput中设置体系的几何结构时,我们看到的原子之间显示的键,是由图形窗口根据一些简单的元素价电子数目规则而猜测出来的(没有经过任何理论如DFT、DFTB、ReaxFF的计算),在AMSmovie中,键级则是由引擎计算的:在DFTB引擎的情况下,这意味着在MD的每一帧,都会获取Mayer键级,如果您之前选择使用ReaxFF引擎,则显示为该力场定义的键级。

Movie根据键级信息,对轨迹的每一帧进行分子种类、数量分析,从检测体系中有哪些分子,这些信息可以在Movie中可视化。例如,我们可以隐藏所有的O2,因为它们并不是真正需要关注的:MD Properties → Molecules,取消O2在SHow列的勾选框即可。

一开始,我们只有30个O2分子和一个异辛烷(C8H18)。当反应开始时,你会看到生成了一些中间体,最终产物是水和二氧化碳。我们运行的5ps轨迹可能不够长,无法看到完全燃烧,但在模拟接近尾声时,应该可以看到了一些H2O和CO2。

小贴士:

  • Properties → Molecules列表,在计算更新过程中并不会自动更新,重新打开这个列表,即可更新。
  • 对于具有周期性边界条件的系统,看到原子在一侧离开盒子,在另一侧重新出现可能会有点令人困惑。为了更好地可视化,我们建议您对左侧的AMSmovie视口进行一些更改:View → Periodic → Show Unit Cell显示盒子,View → Periodic → Periodic View Type → Complete Molecules显示跨出边界的完整分子,View → Periodic → Transparency Periodic Cells相邻Cell透明化。

SCM → Movie,动画效果显示如下:

键级分析的结果是实数,如果计算的键级在0.6和1.2之间,则显示单键。因此,键可视化和分子检测都应该谨慎,尤其是当分子靠近并相互作用时,例如两个随机快速接近的O2分子,接触瞬间是键合的(可能是虚线半键),这一瞬间会被检测为O4分子。

MD Properties → Molecules,Graph列勾选O2、H2O、CO2:

正如预期的那样,我们看到了氧气的消耗以及水和二氧化碳的产生。此外,随着燃烧释放能量,我们看到系统的势能下降。

adf/combustionwithdftb.txt · 最后更改: 2024/02/05 13:45 由 liu.jun

© 2014-2022 费米科技(京ICP备14023855号