ReaxFF MD反应分子体系时空性质分析与可视化

发布时间：2021-11-01 06:12

　　反应分子动力学（ReaxFF MD）模拟方法已成功应用于复杂反应过程,如热解、氧化、催化反应等的机理研究而备受关注。这类过程不仅化学反应复杂、且伴随物理结构的动态变化,模拟结果的分析极具挑战性。国际上首个ReaxFF MD化学反应分析及可视化工具VARxMD具有独特的分析功能,包括全局唯一化学反应列表的生成、反应位点的突出显示、物种的分类和统计、化学反应的分类、及特定反应物到特定生成物的反应网络构建等,在大规模模拟结果的分析上极具潜力。然而,当前VARxMD主要应用于大规模分子体系模拟结果的全局反应机理揭示,缺乏物理性质的时空演化分析功能和特定局部区域的反应追踪功能。本工作继承VARxMD原有的数据结构和ReaxFF MD模拟结果文件,进一步扩展了VARxMD全局的物理性质和局部区域的化学反应追踪与物理性质分析的能力,可为用户获得更加丰富的反应细节提供便利。本论文工作的主要成果包括:基于ReaxFF MD模拟复杂过程的全局体系,扩展实现了基本物理性质的分析并完成了程序的嵌入。模拟体系的全局物理性质分析包括可表征模拟体系瞬时物理结构的径向分布函数、度量体系粒子自扩散行为的均方位移函数、体... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．４?ＶＡＲｘＭＤ分析ＪＰ－１０热解模型所得反应列表及其反应位点的２Ｄ结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｓｃｒｅｅｎｓｈｏｔ?ｏｆ?ｒｅｃｔｉｏｎ?ｌｉｓｔ?ｏｆ?ＪＰ?

ＶＴＫ?（Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ?Ｔｏｏｌｋｉｔ）是由美国Ｌｏｓ?Ａｌａｍｏｓ国家实验室研发的开源、可??跨平台且支持并行处理的Ｃ＋＋图形应用程序库，主要应用于计算机图形学、图像??处理及可视化、ＡＲ和ＶＲ虚拟现实等领域［５１］。ＶＴＫ程序库基于三维函数库??ＯｐｅｎＧＬ１５２］采用面向对象方法设计，扩展有Ｔｃｌ／Ｔｋ、Ｊａｖａ、Ｐｙｔｈｏｎ等编程语言接??口。该框架最为强大的功能在于易扩展的三维图形可视化管线机制。该机制包括??构建数据，处理数据，将数据加载到渲染引擎三大步骤。图１．８是其基本的可视??化管线机制渲染流程，共涉及１２个基本数据类如表１．２所示，可视化管线方向??是从构建数据源ｖｔｋＳｏｕｒｃｅ类，数据最终流向ｖｔｋＡｃｔｏｒ类；图形渲染常指ｖｔｋＡｃｔｏｒ??类流向ｖｔｋＲｅｎｄｅｒＷｉｎｄｏｗ部分；而数据的更新方向与可视化管线方向相反，指??ｖｔｋＡｃｔｏｒ类逐级向ｖｔｋＳｏｕｒｃｅ发送更新１数据的请求。??ｖｔｋＳｏｕｒｃｅ?ｉ?＾?ｗ??ｖｔｋＦｉｌｔｅｒ?｜．＝??＝??ｖｔｋＭａｐｐｅｒ?ｊ?？??ｖｔｋＰｒｏｐｅｒｔｙ?－］??Ｔ?？?２??ｋ?ｖｔｋＡｃｔｏｒ?５?ｆ??ｖｔｋＴｒａｎｓｆｏｒｍ?－?＾?＿］?［?￣??ｖｔｋＣａｍｅｒａ??▼?Ｕ－?ＶｔｋＬｉｇｈｔ??壬??图１．８?ＶＴＫ可视化管线流程图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．８?ＶＴＫ?ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｆｌｏｗｃｈａｒｔ??１５??

渲染窗口（显示设备上的３Ｄ窗口）??ｖｔｋＲｅｎｄｅｒＷｉｎｄｏｗＩｎｔｅｒａｃｔｏｒ這染交互器３Ｄ這染窗口的指挥棒??ｖｔｋｌｎｔｅｒａｃｔｏｒＳｔｙｌｅ?交互样式?改变交互器的交互样式的样式器??ｖｔｋＰｒｏｐｅｒｔｙ?属性?改变几何图元的颜色大小等属性的属性器??ｖｔｋＴｒａｎｓｆｏｎｎ?坐标变换器改变儿何图元的空间坐标??ｖｔｋＣａｍｅｒａ?照相机?遣染过程中的摄像头??ｖｔｋＬｉｇｈｔ?ｉｊ％?控制渲染效果的点光源???ＶＴＫ可视化渲染过程可类比于图１．９所示的观众在影院观看演员演出的过程：??演员本是一位普通人员（ｖｔｋＳｏｕｒｃｅ），经过妆扮（ｖｔｋＦｉｌｔｅｒ）、角色匹配（ｖｔｋＭａｐｐｅｒ）??成为某剧场（ｖｔｋＲｅｎｄｅｒｅｒ）中的演员（ｖｔｋＡｃｔｏｒ），该演员在舞台（ｖｔｋＲｅｎｄｅｒＷｉｎｄｏｗ）??上表演，并且在舞台的聚光灯（ｖｔｋＬｉｇｈｔ）的照射、摄像头（ｖｔｋＣａｍｅｒａ）的摄影下断??续地与舞台下观众互动（ｖｔｋＲｅｎｄｅｒＷｉｎｄｏｗＩｎｔｅｒａｃｔｏｒ）。??（ｖｔｋＣａｊｐｅｆＳ＾－?（ｖｔｋＡｃｔｏｒ）?－ｖ．??／＾ｆｒａ?（ｖｔｋＬｉｇｈ？Ｋ??（ｒ：：：Ｌ〇??ＮｓＸ４ｖｔ＾ｏｐ＾ｔＴ）??＾???＂＾＾（ｖｔｋＲｅｎｄｅｒｅｒ）??????Ｖｉｅｗｅｒ?（ｖｔｋＲｃｎｄｃｒ＼＼?ｉｎｄｏｗｌｎｔｅｒａｃｔｏｒ）??图１．９类比ＶＴＫ渲染过程的观众在剧院观看演员表演示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．９?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｕｄｉｅｎｃｅｓ?ｗａｔｃｈｉｎｇ?ｔｈｅ?ａｃｔｏｒｓ?ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ?

【参考文献】：
期刊论文
[1]ReaxFF MD模拟结果分析中化学反应路径网络的发现[J]. 贺巧鑫,任春醒,李晓霞,郭力,张婷婷,高明杰,韩嵩.  计算机与应用化学. 2019(04)
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[4]反应分子动力学（ReaxFF MD）模拟结果分析工具VARxMD[J]. 刘健,李晓霞,郭力,郑默,韩君易,袁小龙,聂峰光,刘晓龙.  计算机与应用化学. 2014(06)

博士论文
[1]分子动力学模拟的若干基础应用和理论[D]. 殷开梁.浙江大学 2006

硕士论文
[1]ReaxFF MD模拟结果的化学反应网络自动构建及可视化[D]. 贺巧鑫.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2019



本文编号：3469651