单根系膜在溶剂中的分子动力学与混合连续体-分子动力学方法比较

我们将比较新开发的混合仿真方法（将经典分子动力学 (MD) 和计算流体动力学 (CFD) 结合）与仅包含分子动力学的仿真。混合代码由三个区域组成：经典 MD 区域、使用标准 CFD 方法求解动力学方程的连续体域，以及在这两个区域之间交换信息的重叠域。重叠区域的信息交换确保动量、能量和质量守恒。通过研究系膜 tethered 于硬壁上的单根聚合物在显式溶剂中受剪切流作用的 conformations 来验证混合代码的有效性。在经典分子动力学仿真中，大量计算时间用于模拟溶剂分子，尽管溶剂本身对直接感兴趣。相比之下，混合代码显式模拟聚合物及其周围的溶剂，而远离聚合物的溶剂则采用连续体描述。混合仿真中，MD 区域是开放系统，其粒子数通过滤波来过滤由聚合物运动产生的扰动密度波。我们比较了两种仿真情景下 various shear rates 下聚合物的 conformations。所有情况下，聚合物属性在两种仿真情景之间表现得非常一致，从而证明了该混合方法是建模在非零流动条件下含聚合物系统的有用方法。MD 与混合方案与系膜 DNA 在流动中的实验数据之间也表现良好。混合协议的计算成本可降低至 MD 力计算成本的 less than 6%，确认了该方法的实际价值。