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控温技术的算法

2024-6-11 10:42| 发布者: admin| 查看: 258| 评论: 0|来自: 邱新龙版《分子动力学模拟基本概念》

摘要: 控温的方法有很多,我们需要了解一些常见的MD控温方法即可1.Andersen热浴:是一种随机碰撞模型,它模拟了系统和热浴之间的随机碰撞这种方法通过在一定时间间隔内为粒子分配或重新生成速度,来控制系统的温度缺点是由 ...
控温的方法有很多,我们需要了解一些常见的MD控温方法即可
1.Andersen热浴:是一种随机碰撞模型,它模拟了系统和热浴之间的随机碰撞
这种方法通过在一定时间间隔内为粒子分配或重新生成速度,来控制系统的温度
缺点是由于速度被重置之后模拟生成的 相轨迹不连续,所以会用的比较少

2.Berendsen热浴:是一种类似于实验室的控温方法,当体系温度超过设定的热浴温度
体系向热浴释放温度,当温度低向热浴吸收温度,所以这个时候是需要模拟它们的交换速度

这个方法容易造成物质的速度分布偏离maxwell分布

对于多组分体系来说,可能温度不一致,经常引起溶剂温度升高,溶质温度降低的现象

称为溶剂热、溶质冷效应

因此该方法在预处理的时候可以用,采样的时候可以换其他方法


3.Nosé-Hoover热浴:每个粒子的运动方程中都被引人了-个外加的耦合项

代表各个粒子与恒温热浴的耦合,达到调控体系温度的目的。


因为包含了额外的耦合变量

这些耦合变量引入了额外的自由度和耦合项

可能导致系统能量的快速增加或减小

该方法中的耦合变量的动力学方程是非线性的

可以导致系统的能量在较短的时间内产生剧烈的涨落

导致容易丢失应该存在的温度

以至于遍历性不好

所以这个方法用在平衡后的采样中


为了解决NH方法的遍历性问题,采用NHC解决,引入了多个嵌套的虚拟变量或热浴链

每个虚拟变量都有一个与之对应的温度,并且彼此通过松弛时间相互耦合

通过增加这些虚拟变量和耦合链,NH-Chain方法提供了更高的灵活性和更好的温度控制性能


v-rescale方法应该是目前较好的控温方法(来源于gmx的叫法)

属于最基本的velocity rescaling

1. 计算当前系统的温度:

通过计算所有粒子的动能(速度的平方乘以质量的一半)得到系统的总动能

进而得到当前系统的温度。

2. 计算温度的缩放因子:基于当前温度和目标温度之间的差异,

计算一个缩放因子,缩放因子通常为目标温度除以当前温度的平方根

这样可以将系统的动能按比例缩放,以实现温度的控制。

3. 缩放粒子的速度:将所有粒子的速度乘以缩放因子,以调整温度。

可以比较好的用于平衡


Bussi-Parinello-velocity rescaling热浴

是更高阶的v-rescale的方法

一种改进的Berendsen恒温器,带有额外的随机项,确保正确的动能分布

系统温度动能K根据Bussi Parinello-velocity rescaling热浴重定

维纳过程是一种随机过程,也称为布朗运动

它是在概率论和统计学中描述连续时间随机变量的过程



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