**耗散粒子动力学**（**Dissipative particle dynamics**，**DPD**）是一种粗粒化（英语：）的分子模拟算法，用于模拟复杂流体的行为。DPD方法首先由Hoogerbrugge和Koelman于1992年提出，用于解决格状自动机方法与实际的差异和分子动力学（MD）所无法解决的介观的时间与空间尺度上的流体问题。之后被Espanol改写，使其符合热平衡状态的条件。此后，一些列扩展的和经过优化的的DPD算法被提出。

DPD是一种非格子模型的方法，模拟粒子在连续的空间和间断的时间中运动。DPD方法中单个粒子代表整个分子或包含多个分子，或高分子的一个片段的流体区域，而不是单个原子，并且不考虑原子的行为细节，认为其与过程无关。粒子自身的自由度被整合，粒子间的受力由一对保守力、耗散力与随机力表示，并以此保证动量守恒与正确的流体动力学行为。这些近似的结果使得DPD方法能模拟更大空间和时间尺度的系统。与全原子模拟相比，DPD方法虽然不能提供原子尺度的描述，但其因为把数个溶剂分子"捆绑"成一个DPD粒子的处理，使得粒子间有有效的摩擦相互作用和涨落，反而能得到较为准确的流体动力学性质。

DPD方法与传统的MD模拟方法相比，主要优势在于可实现更大时间与空间尺度的模拟计算。100 nm尺寸的聚合物流体在几十微秒时间尺度的模拟现已普遍使用。

方程
--

DPD将两个不成键粒子*i*与*j*之间的作用力分为三种，分别是保守力（{\displaystyle F\_{ij}^{C}}），耗散力（{\displaystyle F\_{ij}^{D}}）和随机力（{\displaystyle F\_{ij}^{R}})：

{\displaystyle f\_{i}=\sum \_{j\neq i}(F\_{ij}^{C}+F\_{ij}^{D}+F\_{ij}^{R})}
为了减少计算时间，设有截断半径r\_c，仅当两粒子间距离小于截断半径时才计算两者间的作用力。

保守力代表粒子的化学性质，不同种类粒子保守力的作用参数不同，以此区分不同粒子之间的亲疏性。保守力是软排斥作用：

{\displaystyle F\_{ij}^{C}=a\_{ij}(1-{\frac {r\_{ij}}{r\_{c}}}){\hat {r}}\_{ij}}
其中a\_{ij}是两种粒子间的相互作用参数，与Flory-Huggins作用参数有关。

耗散力与随机力的值通过涨落-耗散定理相关联，并使其统计值符合系统温度：

{\displaystyle F\_{ij}^{D}=-\gamma \omega \_{D}^{2}({\hat {r}}\_{ij}\cdot {\vec {v}}\_{ij}){\hat {r}}\_{ij}}
{\displaystyle F\_{ij}^{R}=\sigma \omega \_{R}\theta \_{ij}{\hat {r}}\_{ij}}
其中\gamma 是控制耗散力的摩擦系数，\sigma 是控制随机力的噪声振幅，两者间满足{\displaystyle \sigma ^{2}=2\gamma k\_{B}T}。\theta\_{ij}是随机波动变化因子，是与积分时间元有关的正态分布函数，期望值为0。\omega 是依赖于距离的权重函数，耗散力和随机力的权重因子选取是任意的，但两者间应当满足{\displaystyle \omega \_{D}=\omega \_{R}^{2}}以符合玻尔兹曼统计。最基本的DPD方法中通常选取：

{\displaystyle \omega \_{R}={\begin{cases}1-{\frac {r\_{ij}}{r\_{c}}}&(r\_{ij}<{r\_{c}})\\0&(r\_{ij}\geq {r\_{c}})\end{cases}}}
此外，根据实际模型中粒子间的成键，还加入以弹簧振子为模型的键张力，和用于维持一定键角的角张力等。

参考资料
----

1. ↑  P. J. Hoogerbrugge and J. M. V. A. Koelman. Simulating microscopic hydrodynamic phenomena with dissipative particle dynamics. Europhysics Letters, 19(3):155–160, JUN 1 1992
2. ↑  J. M. V. A. Koelman and P. J. Hoogerbrugge. Dynamic simulations of hard-sphere suspensions under steady shear. Europhysics Letters, 21(3):363–368, JAN 20 1993
3. ↑  P. Español and P. B. Warren. Statistical-mechanics of dissipative particle dynamics. Europhysics Letters, 30(4):191–196, MAY 1 1995
4. ↑ .  [2013-11-14]. （原始内容存档于2019-06-29）.
5. 1 2  Daan Frenkel; Berend Smit.. Academic Press. 2002: 466. ISBN 0-12-267351-4.  引文使用过时参数`coauthors` (帮助)

相关模拟程序
------

一些包含DPD方法的软件和程序包列于此：

* Gromacs-DPD: A modified version of Gromacs including DPD.
* Fluidix （页面存档备份，存于）: The Fluidix simulation suite available from OneZero Software.
* HOOMD-blue （页面存档备份，存于）: Highly Optimized Object-oriented Many-particle Dynamics—Blue Edition
* Materials Studio: Materials Studio - Modeling and simulation for studying chemicals and materials, Accelrys Software Inc.
* CULGI （页面存档备份，存于）: The Chemistry Unified Language Interface, Culgi B.V. The Netherlands
* DL\_MESO （页面存档备份，存于）: Open-source mesoscale simulation software.
* GPIUTMD （页面存档备份，存于）: Graphical processors for Many-Particle Dynamics
* LAMMPS （页面存档备份，存于）
* LAMMPS interface in the MAPS suite of Scienomics
* ESPResSo （页面存档备份，存于）
* DPDmacs （页面存档备份，存于）

|  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 

| * 
* 论
* 编
物理学分支 |
| --- |
|  |
| 物理学史 |
|  |
| 组成部分 | 
* 理论物理
* 实验物理
* 应用物理

 |
|  |
| 能量 · 运动 | 
* 热力学
* 力学
	+ 经典力学
		- 弹道
		- 拉格朗日
		- 哈密顿
	+ 连续介质
	+ 天体
	+ 统计
	+ 流体
	+ 量子

 |
|  |
| 波 · 场 | 
* 引力
* 电磁学
	+ 经典
* 量子场论
* 相对论
	+ 狭义相对论
	+ 廣義相對論

 |
|  |
| 按专业 | 
* 數碼物理學
* 计算物理学
* 粒子物理學
* 原子核物理学
* 原子分子與光物理學
	+ 分子
	+ 原子
* 等离子体
* 统计
* 凝聚态物理学
	+ 固体
	+ 介观
	+ 软
	+ 高分子
* 声学
* 光学
	+ 几何
	+ 物理
	+ 非线性
	+ 量子
* 天体物理学
	+ 核
	+ 恒星
	+ 天体粒子
	+ 太阳
	+ 空间

 |
|  |
| 生命科学中的物理学 | 
* 生物物理学
	+ 生物力学
	+ 农业物理学
* 醫學物理
	+ 激光医学（英语：）
	+ 核医学
	+ 醫學影像
	+ 心理物理学

 |
|  |
| 交叉学科 | 
* 天体物理学
* 数学物理
* 非线性物理学
* 经济物理学
* 材料科学
	+ 高分子
* 物理化学 / 化学物理学
* 物理宇宙学
* 大气
	+ 云
* 地球物理学
* 土壤物理學
* 物理海洋学
* 量子信息科学

 |
|  |
| 有关 | 
* 诺贝尔物理学奖
* 物理教育

 |
|  |
| 
* 分类 **分类**
* 主题 **主題**
* 共享资源页面 **共享资源**
* 专题 **专题**

 |

 |