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adf:simplemdofreaxams

这是本文档旧的修订版!


ReaxFF-燃烧:甲烷燃烧过程模拟

本文以甲烷燃烧为例,燃烧过程中不断生成CO2和H2O,版本要求AMS2020,使用ReaxFF模块完成。

参数设置

ADFinput > Edit > Builder创建O2与CH4的混合物:

选择力场:

点击Task:Molecular Dynamics后面的 > 按钮,设置分子动力学模拟详细参数:步数(此处设置为4万步)、步长(此处默认0.25fs)、sample frequency(每多少步保存一次轨迹):

点击Thermostat后面的>按钮,设置温度。如果只设置温度则为NVT系综,如果设置温度的同时设置Barostat则为NPT系综。

NPT系综,一般建议在原子个数非常多,例如几万原子的情况下才使用。否则压强涨落太剧烈,可以达到几千MPa,原子个数越多,涨落越小,这本身也是符合物理事实的。

NVT系综的设置

只需要设置系综实现的方案Thermostat(实现NVT系综的算法)、Temperature、Damping constant。其中Damping constant表示震荡时间(在达到指定温度前,温度随机震荡),一般默认设置100fs,也可以降低为5fs,对结果影响不大。

恒温:温度如果只设置了一个,则不需要设置Duration(s),整个模拟过程都是该温度

包含保温过程:Duration(s)的数字个数比温度的数字个数少1个。如上图所示的设置,表示:起始温度298K,经历3000步升温到1300K,然后保温3000步,然后经历3000步升温到4300K,然后保温20000步,然后经历3000步降温到298K,298K直到结束。

NPT系综的设置

在Thermostat设置的基础上增加Barostat的设置,压强的设置方式类似温度。

结果分析

SCM - Movie - MD Properties - Temperature:

可以看到温度的变化如同设置的效果。温度曲线大致与能量曲线重合,这是因为温度的变化引起动能的变化。而高温区域不再重合,表示高温区域发生了反应,释放了热量,因此导致能量升高。这里的能量是总能量=动能(每一帧中,原子的运动速度决定)+势能(每一帧中,整个体系的构型决定)。 Graph - Delete graph可以删除该曲线的显示。

分子数量曲线

SCM - Movie - MD Properties - Molecules

例如:

此时横坐标是帧数,可以改为时间:MD Properties - Time在该窗口同时显示时间线(一条斜向上的直线),Graph - Curve on X Axes,时间被转换为X轴。

曲线的导出:Graph - Save as XY,可以保存为文本文件,包含XY两列数据。

基元反应分析、反应速率常数

这基于AdvancedWF模块的ChemTraYzer与ChemTraYzer2.0。

1,ChemTraYzer

SCM - Movie - MD Properties - Reaction Event Detection:ChemTraYzer(注意ChemTraYzer只适用于小分子体系)

其中第一、二框中的数字,输入要分析的时间段(从time step的第6000步开始,分析随后的20000步这段时间内,也就是第6001~26000步之间)发生的化学反应的情况(但实际目前这两个参数不起作用了,默认分析所有步,因此保持默认即可);Recorssing filter建议保持默认值(200-250之间)

然后点击Process方框,等到右下角显示ready之后,即表示分析完毕,可以显示出来了。点击Browse按钮,弹出结果窗口(这实际上是用浏览器打开了*.results/scmtrayzer/overview.svg文件,推荐Chrome,edge等浏览器,某些旧版本浏览器会导致→没有箭头):

  • 首页是排名前五的“反应物”、产物,以及发生次数最多的前五个反应
  • 分子结构都可以点击而得到该分子的“来源”(参与过的基元反应的反应物有哪些)与“去向”(参与过的基元反应的产物有哪些)
  • 右上角有其他汇总信息,例如所有反应、所以物种、时间线(每种物质首次出现的时间线)等等
  • 速率常数:基元反应箭头上方的数值为反应速率常数,但该速率常数单位与化工中单位不一样,单位换算,参考:ReaxFF得到的速率常数,单位是什么?如何转换为常用单位?

2,ChemTraYzer2.0

adf/simplemdofreaxams.1647865359.txt.gz · 最后更改: 2022/03/21 20:22 由 liu.jun

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