gmx 粘度viscosity

Posted by XiLock on May 21, 2021

粘度

GROMACS可以计算体系的粘度(本体粘度和剪切粘度),计算粘度的方法有很多种,在Gromacs中就提供了三种,分别是

  1. Green-Kubo/EINSTEIN RELATION:利用压力的XY、XZ、YZ计算粘度,gmx中无直接命令,需自己编程.
  2. 横流自相关函数(TACF)方法:比Green-Kubo并无优势,用起来不方便.
  3. 周期扰动法(一种NEMD):gromacs支持的独特方法,模拟过程中对体系粒子施加外力,计算速度快.

周期扰动法属于NEMD,因为粘度 本身是反映流体流动阻力的量,所以给体系一个扰动,然后测体系的流动性质,就能反映出体系的粘度来,比如说给体系一个水平方向上的力,体系形成一个层流,然后测层间的速度梯度,那么力与速度梯度的比值就是剪切粘度.

另外粘度还分很多种:

  1. Dynamic viscosity (or absolute viscosity) determines the dynamics of an incompressible Newtonian fluid;
  2. Kinematic viscosity is the dynamic viscosity divided by the density for a Newtonian fluid;
  3. Volume viscosity (or bulk viscosity) determines the dynamics of a compressible Newtonian fluid;
  4. Shear viscosity is the viscosity coefficient when the applied stress is a shear stress (valid for non-Newtonian fluids);
  5. Extensional viscosity is the viscosity coefficient when the applied stress is an extensional stress (valid for non-Newtonian fluids).

gmx中的周期扰动法

在mdp中添加cos-acceleration=g,其中g代表不同z位置的粒子在x方向施加不同的加速度g(nm/ps2),一般用0.05.将nstenergy=100,通常用扰动法模拟200ps足够得到统计误差较小的粘度值.使用gmx energy -f vis.edr,选1/viscosity,将结果取倒数得到粘度.

注意:

  1. 一般来说,施加的加速度越小,计算得到的粘度越大.
  2. 粘度越低,粘度受加速度影响越小,但总是需要外推得到零加速度下的粘度.
  3. 对于大部分流体,可以计算0.01-0.04 nm/ps**2 加速度下的粘度,然后外推到零加速度.
  4. 不要盲目追求和实验越近,影响误差的因素太多,明显不光是这个参数的事.对于考虑参数的选取问题,应当看的是什么数值和理论的极限值基本相符.原理上cos-acceleration越小越好,但需要越长时间的模拟.
  5. mdp参数设置、力场参数、用的模型,都可能显著影响粘度的结果,本来粘度就对参数很敏感.要和文献对比应当把这些条件尽量弄相同.

参考资料

  1. 使用GROMACS计算粘度
  2. 【在线答疑】关于GROMACS
  3. [NAMD] 有大神知道如何在NAMD里计算溶液的粘度吗?
  4. [GROMACS] 求助模拟异丁烷的粘度误差很大


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