用分子模拟法预测环氧乙烷液体的热力学性质

国际工业流体模拟大赛(IFPSC)是一项致力于用分子模拟解决实用问题的国际大赛。第四届工业流体大赛的题目是用一个力场、几种模拟方法预测环氧乙烷液体的多种热力学和动力学性质。采用TEAM环氧乙烷力场参加了那次竞赛并取得了优秀的成绩。尽管TEAM全原子力场能确算大部分竞赛的要求,但是明显高估了热传导系数。作者等研究了计算热传导系数的方法,最终在计算中考虑量子效应而解决了问题。为了进一步考察全原子力场在计算热力学性质上的准确性,作者等在相当大的温差范围内计算。结果证实,TEAM环氧乙烷力场是目前计算热力学性质方面有突出表现的全原子力场。     

用分子形状指数预测多氯联苯醚的热力学性质

多氯联苯醚是一类重要的持久性有机污染物.为了了解其对环境造成的危害,需要研究其基础的理化性质,但由于其结构的复杂性,数据的获得受到限制.所以,定量结构-性质相关性(QSPR)研究成了1种替代方法.本文基于化学拓扑理论,计算210种多氯联苯醚(包括联苯醚)的Kier分子形状指数(mK)(m=1,2,3),同时提出了取代基定位参数(OCl),并用多元回归研究这些化合物的标准焓(H0)、自由能(G0)、恒容热容(C0 V)和标准熵(S0)与mK和OCl的定量关系.经逐步回归分析,建立了最佳的定量结构-热力学性质的相关模型,相关性良好,相关系数分别为1.000,1.000,0.9997,0.9926.通过模型计算值与文献值基本吻合,相对平均误差分别0.06%,0.07%,0.14%,0.75%.并用Jackknife法和交互检验证明该模型的稳健性和预测能力良好.     

烯烃类分子的分子力学力场及热力学性质预测

高质量的分子力学力场是准确预测分子各种性质的前提。本文借助第一性原理计算开发了新的适用于烯烃类分子的全原子力场,将所得力场计算和预测不同的热力学性质、传递性质以及气液相平衡性质。该力场不但可以准确预测分子的气相性质,且可得到和实验值吻合较好的液相热力学性质。与已有力场相比,在应用范围和精度都有明显的改进。借助分子动力学和蒙特卡洛模拟,计算密度和实验值偏差±0.01g/ml左右,蒸发焓为±0.3 kcal/mol左右,热容为±1.0 cal/mo1·K左右,热胀系数为±10~(-4)K~(-1)左右,以及粘度为±0.02 centipoise左右。     

Monte Carlo方法模拟超临界流体性质

综述了近年来Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法在计算超临界流体性质方面的应用。首先对计算过程涉及的系综选择、取样方法和参娄优化等问题进行了探讨，然后对各文献模拟计算超临界流体径向分布函数、团簇大小、化学位和溶解度的结果进行了比较。最后简述Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法在该领域广泛应用所存在的困难和前景。     

Leu-Phe分子印迹预组装体系热力学平衡的计算模拟

使用Gaussian03软件研究以Leu-Phe为模板,甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,三氟乙酸为助溶剂的分子印迹预组装体系.计算了功能单体、助溶剂和交联剂加入量对各种模板复合物浓度的影响,进而确定了Leu-Phe分子印迹聚合物的合成条件.按条件合成聚合物后考察其识别性能,并结合计算模拟和实验结果解释实验现象.计算模拟可能有助于合成高特异性和亲和性分子印迹聚合物,探讨了分子印迹聚合物的分子识别机理.     

解析式状态方程计算含临界点方阱流体的性质

含临界区流体的物性计算一直是热力学领域的难点。一般认为，解析式状态方程不可能同时很好地计算远离临界点和靠近临界点流体的热力学性质。该文目的就是验证解析式方程在计算热力学性质特别是接近临界点附近的热力学性质适用性。通过计算机分子模拟数据，研究了各种解析式状态方程计算接近临界区的方阱流体的物性的可能性，结果表明，经过参数重新拟合新的解析式方程，可以很好地计算方阱流体的相平衡、密度等性质，直到对比温度接近临界点0．05处。临界点温度、压力和密度的计算值和分子模拟值也基本符合。该文结果可以为解析式方程计算范围的扩大提供依据，从而试图解析式在工程方面有更加广泛的应用。     

分子拓扑子图编码新方法：估算与预测烷烃热力学函数

在一种新的烷烃分子子图编码方法茂盛上,对烷烃系列７种热力学函数进行了估计和预测,取得了良好结果。对吉布斯自由能△Ｈf,原子生成热△Ｈatm,气态生成热△Ｈf(g),液态生成热△Ｈf（t）,热熔Ｃp,。蒸发热△Ｈv和熵Ｓ的拟合方程的回归系数分别为０．９５５９,１．００００,０．９９６５,０．９９０５,０．９９６９,０．９９７３和０．９９２２。     

基于Excel计算复杂的流体混合物的化工热力学性质

流体混合物的热力学性质的计算,由于涉及的变量多,计算公式复杂,采用手工计算是难以完成的.利用Excel提供的数组公式、相关的函数功能及其规划求解或单变量求解,无需编程,就可使问题得到圆满解决.同时,Excel的计算过程简单直观,这一点于教与学两方面都十分有利.     

以热力学过程性质为目标的分子设计初探（Ⅱ）：目标分子构成基…

以基团贡献原理为基础，建立了目标分子构成基因与热力学参数间的关系，以此关系为约束条件，在给定的基团样本空间中，用整数线性规划法确定了目标分子构成基的个数，为进一步组合，设计目标分子打下了基础。     

分子拓扑子图编码新方法:估算与预测烷烃热力学函数

在一种新的烷烃分子子图编码方法基础上 ,对烷烃系列 7种热力学函数进行了估计和预测 ,取得了良好结果。对吉布斯自由能ΔGf,原子生成热ΔHatm,气态生成热ΔHf(g) ,液态生成热ΔHf(l) ,热熔Cp,蒸发热ΔHV 和熵S的拟合方程的回归系数分别为 0 9559,1 0 0 0 0 ,0 9965,0 990 5,0 9969,0 9973和 0 992 2。     

GPU加速分子动力学模拟的热力学量提取*

近年来,统一计算设备架构(CUDA)的提出和图形处理器（GPU）快速提升的并行处理能力和数据传输能力,使得基于CUDA的GPU通用计算迅速成为一个研究热点。针对含有大规模分子动力学模拟的热力学量提取效率低下的问题,提出了分子动力学模拟的热力学量提取的新方法,利用CUDA设计了并行算法,实现了利用GPU加速分子动力学模拟的热力学量提取。实验结果表明,与基于CPU的算法相比, GPU可以提高速度500倍左右。     

ms2: A molecular simulation tool for thermodynamic properties

This work presents the molecular simulation program ms2 that is designed for the calculation of thermodynamic properties of bulk fluids in equilibrium consisting of small electro-neutral molecules. ms2 features the two main molecular simulation techniques, molecular dynamics (MD) and Monte-Carlo. It supports the calculation of vapor–liquid equilibria of pure fluids and multi-component mixtures described by rigid molecular models on the basis of the grand equilibrium method. Furthermore, it is capable of sampling various classical ensembles and yields numerous thermodynamic properties. To evaluate the chemical potential, Widom?s test molecule method and gradual insertion are implemented. Transport properties are determined by equilibrium MD simulations following the Green–Kubo formalism. ms2 is designed to meet the requirements of academia and industry, particularly achieving short response times and straightforward handling. It is written in Fortran90 and optimized for a fast execution on a broad range of computer architectures, spanning from single processor PCs over PC-clusters and vector computers to high-end parallel machines. The standard Message Passing Interface (MPI) is used for parallelization and ms2 is therefore easily portable to different computing platforms. Feature tools facilitate the interaction with the code and the interpretation of input and output files. The accuracy and reliability of ms2 has been shown for a large variety of fluids in preceding work.

Program summary

Program title:ms2Catalogue identifier: AEJF_v1_0Program summary URL:http://cpc.cs.qub.ac.uk/summaries/AEJF_v1_0.htmlProgram obtainable from: CPC Program Library, Queen?s University, Belfast, N. IrelandLicensing provisions: Special Licence supplied by the authorsNo. of lines in distributed program, including test data, etc.: 82 794No. of bytes in distributed program, including test data, etc.: 793 705Distribution format: tar.gzProgramming language: Fortran90Computer: The simulation tool ms2 is usable on a wide variety of platforms, from single processor machines over PC-clusters and vector computers to vector-parallel architectures. (Tested with Fortran compilers: gfortran, Intel, PathScale, Portland Group and Sun Studio.)Operating system: Unix/Linux, WindowsHas the code been vectorized or parallelized?: Yes. Message Passing Interface (MPI) protocol Scalability. Excellent scalability up to 16 processors for molecular dynamics and >512 processors for Monte-Carlo simulations.RAM:ms2 runs on single processors with 512 MB RAM. The memory demand rises with increasing number of processors used per node and increasing number of molecules.Classification: 7.7, 7.9, 12External routines: Message Passing Interface (MPI)Nature of problem: Calculation of application oriented thermodynamic properties for rigid electro-neutral molecules: vapor–liquid equilibria, thermal and caloric data as well as transport properties of pure fluids and multi-component mixtures.Solution method: Molecular dynamics, Monte-Carlo, various classical ensembles, grand equilibrium method, Green–Kubo formalism.Restrictions: No. The system size is user-defined. Typical problems addressed by ms2 can be solved by simulating systems containing typically 2000 molecules or less.Unusual features: Feature tools are available for creating input files, analyzing simulation results and visualizing molecular trajectories.Additional comments: Sample makefiles for multiple operation platforms are provided. Documentation is provided with the installation package and is available at http://www.ms-2.de.Running time: The running time of ms2 depends on the problem set, the system size and the number of processes used in the simulation. Running four processes on a “Nehalem” processor, simulations calculating VLE data take between two and twelve hours, calculating transport properties between six and 24 hours.     

多溴苊化合物的分子结构和热力学性质

多溴苊是一类潜在的有机污染物。本文采用密度泛函理论在B3LYP/6-311G**水平上优化35个多溴苊化合物的分子几何结构,并获得它们在理想气态的一些热力学性质的数值,研究这些性质与取代的溴原子数目和位置的关系,根据各异构体的标准生成Gibbs自由能的相对大小,求得它们的热力学稳定性顺序。计算结果表明:在大部分多溴苊分子中,除4个氢原子外的其他原子在同一平面上。多溴苊最稳定及最不稳定异构体的ΔfH及ΔfG,都随Br原子数目增加而逐渐增加。溴原子数目相同的多溴苊异构体的ΔfH和ΔfG与溴原子的取代位置有很大的关系,其相对稳定性主要由分子内的处在不同六元环上的邻近Br...Br核排斥作用决定。所有多溴苊化合物在热力学上都比其母体化合物苊相对较难形成。     

多溴苊烯化合物的分子结构和热力学性质

多溴苊烯是潜在的一类有机污染物,本文采用密度泛函理论在B3LYP/6-311G**水平上,优化这类化合物的分子几何结构135个,获得它们在理想气态的一些热力学性质的数值,研究这些性质与取代的溴原子数目和位置的关系,根据各异构体的标准生成Gibbs自由能的相对大小,求出它们热力学稳定性的顺序。结果表明:大部分多溴苊烯分子具有平面的几何构型。最稳定及最不稳定异构体的△_fH~θ及△_fG~θ,都随Br原子数目增加而逐渐增加。溴原子数目相同的△_fH~θ和△_fG~θ与溴原子的取代位置有很大的关系,其相对稳定性由分子内Br…Br核排斥作用的强弱而决定。     

分子动力学模拟的柔性对接

分子自动对接技术在过去二十年里取得很大发展和成功,但是仍然面对如何处理分子柔性这样一个难题。这篇综述概要介绍分子柔性对接技术的进展并重点介绍分子动力学模拟技术。     

单重态磷烯脱氢反应的热力学和动力学性质计算的研究

由于单重态磷烯价电子结构的特别,为了深入研究其反应的特性,本文报道利用计算程序研究单重态磷烯与极性分子硫化氢的脱氢反应在100～1 100 K温度范围和不同大气压条件下的热力学和动力学性质。结果表明反应在高温条件,同时具有热力学(K=6 747．55,1 atm,1 100 K)与动力学优势(k=0．29×10~7s~(-1),1 atm,1 100K),而在温度相同、低压条件下,则更具热力学优势(K=6747．55,1 atm,1 100 K;K=1 349．50,5 atm,1 100 K)。     

乙烯在醋酸中溶解度的Gibbs系综蒙特卡罗模拟

使用Gibbs系综蒙特卡罗方法,采用TraPPE-UA力场对乙烯-醋酸体系的溶解度和液相密度进行了模拟计算。对303.15K时,45KPa、105KPa和185KPa三个压力点的模拟值与实验值进行了对比,确认了模拟方法对低于常压时的适用性。由于醋酸的缔合特性,为了修正常压及高于常压时的计算结果,使用Dmol3计算了8种醋酸二聚体的能量,并选择其中2种拟合出Lennard-Jones曲线和参数,以此为初值修正了力场参数,进行计算后与实验数据再次比较,偏差缩小至约15%~17%。使用修正后的力场,根据实际工况,对101KPa时温度从285K到395K的溶解度和密度进行了预测计算。计算结果为精馏的设计提供了参考。     

Estimation of thermodynamic properties of oxide compounds from polyhedron method

This paper describes a method to calculate the thermodynamic properties like enthalpy, entropy and molar volume of oxide mineral phases from their constituent polyhedra. Based on thermodynamic properties of 48 silicate and 19 titanate compounds collected from the critically evaluated and optimized FactSage database, thermodynamic properties of 18 polyhedra were optimized by weighted multiple linear regression analysis. The optimized properties of constituent polyhedra accurately reproduced the entropy, enthalpy and molar volume of all compounds, and were used for the prediction of thermodynamic properties of ternary oxide compounds in titanate systems.