【计算教程016期】DPD研究剪切对油滴的影响

新材料的生产通常涉及使用加工条件来影响最终产品的性能。 油在水中的分散形成液滴，液滴的大小可以通过剪切系统进行控制。DPD提供了在介观尺度水平上模拟剪切并可视化剪切对系统影响的功能。

1

 创建一个叫做DPD_shear的project

2

将所有的系统设置初始化

因为有很多参数使用的是默认的，如果他们你曾经更改过默写参数，可能会导致模拟失败。

3

创建输入结构

3.1

定义珠子‍

进行粗粒化模拟的时候，你应该花时间通过分子动力学等手段去获取相关的参数，或者是通过文献获得。这类的参数应该还是很容易找到的。

Mesocite DPD模拟的输入要求对小珠内容物进行参数化。对于此模拟，您将使用默认的珠质量100 amu参数。由于水分子的质量为18 amu，这意味着一个小珠代表约5个水分子。由于CH2油基团的质量为14 amu，每个油珠代表约7个CH2基团的链。这里很多人会搞糊涂，并不是一个珠子就是一个水分子，你想让它代表几个都可以，具体看你设置来。

Build | Build Mesostructure | Bead Typ

Oil

Water

3.2

通过已有的珠子定义mesomolecule‍

这里已经定义完了珠子，你还需要告诉系统你要模拟的mesomolecule（以下简称分子）是大概几个珠子凑成的，这句话不明白的同学可以看上期MesoDyn教程关于珠子和分子关系的解释。

本次模拟中，我们使用1个water珠子定义1个water分子（你需要清楚这个water分子是mesomolecule），我们使用1个oil珠子定义一个oil分子。可能你应经发现了，水和油都定义完了，还是没发现二者除了名字不同还有啥不同，别着急，这里只是捏个造型，等到了Repulsions参数设置那一步才有此种操作。

Build | Build Mesostructure | Mesomolecule

1 unit of Wateràwater.xsd.

1 unit of Oilà oil.xsd.

3.3

给分子分配力场‍

Modules | Mesocite | Forcefield Manager

Click the DPD... button.

打开oil.xsd点击Type

打开water.xsd点击Type

这里只是分配了力场，但是力场参数都还是默认的，内部的Repulsions参数将在后面设置。

3.4

建立水中油滴模型‍

我们先通过Mesostructure Template建立一个盒子，具体是100×100×100Å的盒子，放置一个半径为20Å的液滴。

至于液滴里面是什么，盒子其他地方是什么，这个根据研究需求来设置。显然本次模拟是盒子大部分是水，液滴里面塞入油。

Build | Build Mesostructure | Mesostructure Template

Filler：water   点击Build

Former type：Droplet.

Radius：20.0

Filler：oil   点击Add

生成Mesostructure Template.msd之后

Build | Build Mesostructure | Mesostructure

water filler：water.xsd

oil filler：oil.xsd

Build 生成Water_Oil_20rad.xsd

保存project防心脏骤停（在写教程时候我也在调试，经历过一次毫无征兆的闪退，那心情……）

4

平衡结构

这里的平衡是个动词。

4.1

建立DPD力场‍

之前的文章解释过Physical units 和Reduced units的区别。文章中一般是使用Reduced units，我们就也用这个单位。关于水和油的相互作用参数，从30-80都有，本次模拟采用50.

Mesocite Forcefield Manager点击DPD...

打开Water_Oil_20rad.xsd将 Units设置为Reduced

设置Oil-Water的Repulsions参数50.

点击Create按钮

这里有个地方注意一下，为啥水和水，油和油是25？不明白的同学看之前的文章。

此时修改好的Water_Oil_20rad.off文件已经生成

4.2

执行DPD计算‍

有一点需要说明，此次我们是一个珠子对应一个分子，如果有的时候是大于一个珠子对应一个分子，那么需要在DPD计算前先进行一次几何优化。本次不需要。

Modules | Mesocite | Calculation

DPD More...

Number of steps：10000 尽量多一些

Frame output every：1000 可以少一些

打开Water_Oil_20rad.xsd

Energy tab

Summation method  More...

Cutoff distance：8.0 Å

Spline width： 0 Å.

记得提前在Job control中设置并行核数

Run

4.3

对结果可视化‍

播放轨迹的时候你肯定看到，辛苦攒的珠子都飞了，是真的飞了。

没关系只是看着这样罢了。该现象是周期性显示方式差异造成的，对结果没有影响。需要用In Cell来保持所有粒子都在晶胞中

在Water_Oil_20rad.xtd窗口右击，设置Display Style

Lattice tab-Style：In-Cell.

全选water珠子，在Bead tab中将其显示设为None（全选就是按住ALT 双击珠子）

光做完上面的还不行，为了让整个轨迹播放过程中都保持所有粒子位于晶胞中，还要

Animation Options：勾选Recalculate atom visibility every frame

此时可以看到油滴在水盒子中溜达，为了更方便观看，可以做个等值面

Modules | Mesocite | Analysis

Density field

全选oil分子

Analyze

关掉Fast render on move并播放动画

5

To perform a shearing run剪切

上面的模拟可以给出合理的水与溶剂相互作用方式。接下来将使用剪切功能对其结构上施加剪切力，然后观察现象。

打开Water_Oil_20rad.xtd

Mesocite Calculation

勾选Restart

More… 勾选Enable shearing

Shear rate：0.3 reduced units

Run

这里可以看出，油滴逐渐放飞自我。如果把输出的帧数多一些 会看的更明白。

The end

本次的视频资料获取方式见下方

视

频

获

取

后台回复

0318

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