Dissipative particle dynamics
ડિસિપેટિવ પાર્ટિકલ ડાયનેમિક્સ (DPD) એ એક બંધ-જાળી મેસોસ્કોપિક સિમ્યુલેશન તકનીક છે જેમાં સતત અવકાશ અને સ્વતંત્ર સમયમાં ફરતા કણોના સમૂહનો સમાવેશ થાય છે. કણો એક અણુને બદલે સંપૂર્ણ અણુઓ અથવા પ્રવાહી પ્રદેશોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, અને અણુશાસ્ત્રીય વિગતોને સંબોધવામાં આવેલી પ્રક્રિયાઓ સાથે સંબંધિત ગણવામાં આવતી નથી. કણોની આંતરિક સ્વતંત્રતાની માત્રાને એકીકૃત કરવામાં આવે છે અને તેના સ્થાને સરળ જોડી મુજબ વિસર્જિત અને અવ્યવસ્થિત બળો મૂકવામાં આવે છે, જેથી સ્થાનિક રીતે વેગનું સંરક્ષણ કરી શકાય અને યોગ્ય હાઇડ્રોડાયનેમિક વર્તણૂક સુનિશ્ચિત કરી શકાય. આ પદ્ધતિનો મુખ્ય ફાયદો એ છે કે તે પરંપરાગત એમ. ડી. સિમ્યુલેશનનો ઉપયોગ કરીને શક્ય હોય તેના કરતા લાંબા સમય અને લંબાઈના સ્કેલની પહોંચ આપે છે. દસ માઇક્રોસેકન્ડ્સ માટે રેખીય પરિમાણમાં 100 એનએમ સુધીના જથ્થામાં પોલિમરીક પ્રવાહીનું સિમ્યુલેશન હવે સામાન્ય છે. ડી. પી. ડી. ની રચના શરૂઆતમાં હૂગરબ્રુગ અને કોએલમેન દ્વારા કહેવાતા લેટીસ ગેસ ઓટોમેટાની જાળીની કલાકૃતિઓને ટાળવા અને મોલેક્યુલર ડાયનેમિક્સ (એમ. ડી.) સાથે ઉપલબ્ધ હાઇડ્રોડાયનેમિક સમય અને સ્પેસ સ્કેલનો સામનો કરવા માટે કરવામાં આવી હતી. ત્યારબાદ પી. એસ્પેનોલ દ્વારા યોગ્ય થર્મલ સંતુલનની સ્થિતિ સુનિશ્ચિત કરવા માટે તેમાં સુધારો કરવામાં આવ્યો હતો અને તેમાં થોડો ફેરફાર કરવામાં આવ્યો હતો. ઓછી કોમ્પ્યુટેશનલ જટિલતા અને પરિવહન ગુણધર્મોના વધુ સારા નિયંત્રણ સાથે નવા DPD અલ્ગોરિધમ્સની શ્રેણી રજૂ કરવામાં આવી છે. આ લેખમાં પ્રસ્તુત અલ્ગોરિધમ્સ ડી. પી. ડી. થર્મોસ્ટેટિંગ લાગુ કરવા માટે અવ્યવસ્થિત રીતે જોડી કણ પસંદ કરે છે આમ કોમ્પ્યુટેશનલ જટિલતા ઘટાડે છે. સમીકરણો DPD કણ i પર કાર્ય કરતું કુલ બિન-બંધાયેલ બળ એ તમામ કણો j પરના સરવાળા દ્વારા આપવામાં આવે છે જે નિશ્ચિત કટ-ઓફ અંતરની અંદર આવેલા ત્રણ જોડી મુજબના-ઉમેરાયેલા દળોના હોય છેઃ જ્યાં ઉપરોક્ત સમીકરણમાં પ્રથમ પદ એક રૂઢિચુસ્ત બળ છે, બીજું એક વિસર્જિત બળ અને ત્રીજું એક યાદૃચ્છિક બળ છે. રૂઢિચુસ્ત બળ મણકાને રાસાયણિક ઓળખ આપવાનું કાર્ય કરે છે, જ્યારે વિસર્જિત અને અવ્યવસ્થિત બળો મળીને થર્મોસ્ટેટ બનાવે છે જે પ્રણાલીના સરેરાશ તાપમાનને સ્થિર રાખે છે. તમામ બિન-બંધાયેલા બળોનો મુખ્ય ગુણધર્મ એ છે કે તેઓ સ્થાનિક રીતે વેગનું સંરક્ષણ કરે છે, જેથી પ્રવાહીની હાઇડ્રોડાયનેમિક સ્થિતિઓ નાના કણોની સંખ્યા માટે પણ ઉભરી આવે. સ્થાનિક વેગ સંરક્ષણ માટે જરૂરી છે કે બે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા મણકા વચ્ચેનું અવ્યવસ્થિત બળ અસમપ્રમાણ હોય. તેથી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા કણોની દરેક જોડી માટે માત્ર એક જ યાદૃચ્છિક બળ ગણતરીની જરૂર પડે છે. આ ડી. પી. ડી. ને બ્રાઉનિયન ગતિશીલતાથી અલગ પાડે છે જેમાં દરેક કણ અન્ય તમામ કણોથી સ્વતંત્ર રીતે યાદૃચ્છિક બળનો અનુભવ કરે છે. મણકાને નરમ (ઘણીવાર હુકિયન) ઝરણાઓ સાથે બાંધીને 'અણુઓ' માં જોડી શકાય છે. ડી. પી. ડી. ના સૌથી સામાન્ય ઉપયોગો કણ સંખ્યા, કદ અને તાપમાનને સ્થિર રાખે છે, અને તેથી એન. વી. ટી. સમૂહમાં થાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, વોલ્યુમને બદલે દબાણ સ્થિર રાખવામાં આવે છે, જેથી સિમ્યુલેશન એન. પી. ટી. સમૂહમાં હોય. સિદ્ધાંતમાં, બેવુલ્ફ-શૈલીના સમૂહમાં બહુવિધ પ્રોસેસરો પર ચાલતા ડી. પી. ડી. ના સમાંતર અમલીકરણનો ઉપયોગ કરીને મિલીસેકન્ડ્સ માટે ક્યુબિક માઇક્રોનની નજીક પહોંચતી ખૂબ મોટી પ્રણાલીઓનું અનુકરણ શક્ય છે. કારણ કે બિન-બંધાયેલા બળો ડી. પી. ડી. માં ટૂંકા અંતરના હોય છે, તેથી અવકાશી ડોમેન વિઘટન તકનીકનો ઉપયોગ કરીને ડી. પી. ડી. કોડને ખૂબ જ અસરકારક રીતે સમાંતર બનાવવું શક્ય છે. આ યોજનામાં, કુલ સિમ્યુલેશન જગ્યાને સંખ્યાબંધ ક્યુબોઇડલ પ્રદેશોમાં વહેંચવામાં આવે છે, જેમાંથી દરેક ક્લસ્ટરમાં એક અલગ પ્રોસેસરને સોંપવામાં આવે છે. દરેક પ્રોસેસર બધા મણકાની ગતિના સમીકરણોને એકીકૃત કરવા માટે જવાબદાર છે, જેમના દળના કેન્દ્રો તેના અવકાશના પ્રદેશમાં આવેલા છે. દરેક પ્રોસેસરની જગ્યાની સીમાઓની નજીક આવેલા મણકાને જ પ્રોસેસરો વચ્ચે સંચારની જરૂર પડે છે. સિમ્યુલેશન કાર્યક્ષમ છે તેની ખાતરી કરવા માટે, નિર્ણાયક જરૂરિયાત એ છે કે આંતર-પ્રોસેસર સંચારની જરૂર હોય તેવા કણ-કણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની સંખ્યા દરેક પ્રોસેસરના જગ્યાના મોટા ભાગની અંદર કણ-કણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની સંખ્યા કરતાં ઘણી ઓછી હોય. આશરે કહીએ તો, આનો અર્થ એ છે કે દરેક પ્રોસેસરને સોંપવામાં આવેલી જગ્યાનું કદ એટલું મોટું હોવું જોઈએ કે તેનો સપાટી વિસ્તાર (બળ કટ-ઓફ અંતરની સરખામણીમાં અંતર દ્વારા ગુણાકાર) તેના કદ કરતાં ઘણું ઓછું હોય. એપ્લિકેશન્સ ડી. પી. ડી. નો ઉપયોગ કરીને વિવિધ પ્રકારની જટિલ હાઇડ્રોડાયનેમિક ઘટનાઓનું અનુકરણ કરવામાં આવ્યું છે, અહીંની સૂચિ આવશ્યકપણે અપૂર્ણ છે. આ સિમ્યુલેશનનો ધ્યેય ઘણીવાર પ્રવાહીના મેક્રોસ્કોપિક બિન-ન્યુટોનિયન પ્રવાહ ગુણધર્મોને તેના માઇક્રોસ્કોપિક માળખા સાથે જોડવાનો હોય છે. આવા ડી. પી. ડી. કાર્યક્રમો કોંક્રિટના રિયોલોજિકલ ગુણધર્મોના મોડેલિંગથી માંડીને બાયોફિઝિક્સમાં લિપોઝોમની રચનાનું અનુકરણ કરવા અને ડાયનેમિક વેટટિંગ જેવી તાજેતરની ત્રણ તબક્કાની ઘટનાઓની શ્રેણી ધરાવે છે. ડી. પી. ડી. પદ્ધતિને રક્ત કોશિકાઓ અને પોલિમર માઇસેલ્સ જેવી વિકૃત વસ્તુઓ ધરાવતા વિજાતીય બહુ-તબક્કાના પ્રવાહોના મોડેલિંગમાં પણ લોકપ્રિયતા મળી છે. 1990 ના દાયકાની શરૂઆતમાં પ્રથમ વખત પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી ત્યારથી ડી. પી. ડી. પદ્ધતિના વિવિધ મહત્વપૂર્ણ પાસાઓના વિકાસની સંપૂર્ણ નિશાની "ડિસિપેટિવ પાર્ટિકલ ડાયનેમિક્સઃ ઇન્ટ્રોડક્શન, મેથોડોલોજી એન્ડ કોમ્પ્લેક્સ ફ્લુઇડ એપ્લિકેશન્સ-એ રિવ્યૂ" માં મળી શકે છે. ડી. પી. ડી. માં અદ્યતન 2008માં સી. ઈ. સી. એ. એમ. વર્કશોપમાં લેવામાં આવ્યું હતું. ત્યાં રજૂ કરવામાં આવેલી તકનીકની નવીનતાઓમાં ઊર્જા સંરક્ષણ સાથે DPD; બિન-કેન્દ્રીય ઘર્ષણ બળો કે જે પ્રવાહીની સ્નિગ્ધતાને ટ્યુન કરવાની મંજૂરી આપે છે; પોલિમર વચ્ચે બોન્ડ ક્રોસિંગને રોકવા માટે એક અલ્ગોરિધમ; અને પરમાણુ પરમાણુ ગતિશીલતામાંથી DPD ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પરિમાણોનું સ્વચાલિત કેલિબ્રેશન સામેલ છે. તાજેતરમાં, પ્રાયોગિક અવલોકનો સામે સ્વચાલિત કેલિબ્રેશન અને પેરામીટરાઇઝેશનના ઉદાહરણો દર્શાવવામાં આવ્યા છે. વધુમાં, ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સંભવિત કેલિબ્રેશન અને પેરામીટરાઇઝેશનના હેતુ માટે ડેટાસેટ્સની શોધ કરવામાં આવી છે. સ્વોપ અને અન્ય લોકોએ સાહિત્યની માહિતીનું વિગતવાર વિશ્લેષણ અને ક્રિટિકલ મિસેલ કોન્સન્ટ્રેશન (સીએમસી) અને મિસેલર મીન એગ્રિગેશન નંબર (એન. જી. જી.) પર આધારિત પ્રાયોગિક ડેટાસેટ પ્રદાન કર્યું છે. ડી. પી. ડી. નો ઉપયોગ કરીને માઇસેલર સિમ્યુલેશનના ઉદાહરણો અગાઉ સારી રીતે દસ્તાવેજીકરણ કરવામાં આવ્યા છે. સંદર્ભો ઉપલબ્ધ પેકેજો કેટલાક ઉપલબ્ધ સિમ્યુલેશન પેકેજો કે જે (પણ) ડી. પી. ડી. સિમ્યુલેશન કરી શકે છે તે છેઃ સી. યુ. એલ. જી. આઈ.: ધ કેમિસ્ટ્રી યુનિફાઇડ લેંગ્વેજ ઇન્ટરફેસ, કુલગી બી. વી., ધ નેધરલેન્ડ્સ ડી. એલ. _ એમ. ઇ. એસ. ઓ.: ઓપન-સોર્સ મેસોસ્કેલ સિમ્યુલેશન સોફ્ટવેર. DPDmacs ESPResSo: સોફ્ટ મેટર સિસ્ટમ્સ પરના સંશોધન માટે એક્સ્ટેન્સિબલ સિમ્યુલેશન પેકેજ-ઓપન-સોર્સ ફ્લુઇડિક્સઃ વનઝીરો સોફ્ટવેરમાંથી ઉપલબ્ધ ફ્લુઇડિક્સ સિમ્યુલેશન સ્યુટ. જી. પી. આઈ. યુ. ટી. એમ. ડી.: મેની-પાર્ટિકલ ડાયનેમિક્સ માટે ગ્રાફિકલ પ્રોસેસર્સ ગ્રોમેક્સ-ડી. પી. ડી.: ડી. પી. ડી. સહિત ગ્રોમેક્સનું સુધારેલું સંસ્કરણ. હૂમડ-બ્લ્યુઃ અત્યંત ઓપ્ટિમાઇઝ્ડ ઓબ્જેક્ટ-ઓરિએન્ટેડ મેની-પાર્ટિકલ ડાયનેમિક્સ-બ્લુ એડિશન લેમ્પ્સ મટિરિયલ્સ સ્ટુડિયોઃ મટિરિયલ્સ સ્ટુડિયો-રસાયણો અને સામગ્રીનો અભ્યાસ કરવા માટે મોડેલિંગ અને સિમ્યુલેશન, એક્સેલરીઝ સોફ્ટવેર ઇન્ક. ઓએસપીઆરઇ-ડી. પી. ડી.: ઓપન સોર્સ પોલિમર રિસર્ચ એન્જિન-ડી. પી. ડી. સિમ્પલરઃ ફ્રીબર્ગ યુનિવર્સિટીમાંથી એક ફ્રીવેર સિમ્બોલિક પાર્ટિકલ સિમ્યુલેટર. સનલાઇટડીપીડીઃ ઓપન સોર્સ (જી. પી. એલ.) ડી. પી. ડી. સોફ્ટવેર. બાહ્ય કડીઓ ડી. પી. ડી. સિમ્યુલેશન ટેકનીક બાય મેટડીએલ (મટિરીયલ્સ ડિજિટલ લાઈબ્રેરી પાથવે) (મેટડીએલ) કન્ડેન્સ્ડ મેટર ફિઝિક્સ સોફ્ટ મેટર કોમ્પ્યુટેશનલ ફ્લુઇડ ડાયનેમિક્સ નોન-ન્યૂટોનિયન પ્રવાહી