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【入门基础教程】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,注意温度越高,这个值需要越小,避免单步运动距离太长而失真,因此4000K设置为0.1fs左右应该更好)、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,不过一般不修改,运行更正常一些。

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。不过damping constant的设置注意不能设置太小,否则有可能导致出现“singular lattice”的报错。

关于NVE系综的设置方式

Thermostat与Barostat均不设置,只设置MD参数中的Initial Temperature,即NVE系综。

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。

一、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。

二、基元反应分析、反应速率常数

这需要使用AdvancedWF模块的ChemTraYzer2.0。

ChemTrazYer 2,对大分子反应也能够很好支持,并能给出实验单位反应速率常数,并能给出每种产物相关反应次数随时间演化的柱状图。

三、键级

在AMSinput中的键级,未经计算,因此其键级是图形窗口根据简单的价电子规则而猜测出来的。在Movie中是经过计算的,因此鼠标选中两个原子,窗口左下角则会显示两个原子之间的键级。

adf/simplemdofreaxams.txt · 最后更改: 2024/02/05 13:04 由 liu.jun

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