[發(fā)明專利]一種聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程蒙特卡羅模擬的并行計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410502866.2
• 申請(qǐng)日: 2014-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN104268120B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鵬;邵靜;潘恒;夏茹;錢家盛;苗繼斌;楊斌;曹明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F15/16
• 分類號(hào): G06F15/16;G06F9/38
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11385
• 代理人: 董芙蓉

1.一種聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程的蒙托卡羅模擬并行計(jì)算方法，其特征在于：

所述方法包括如下步驟：

(1)預(yù)先確定待模擬的聚合體系所有可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)置模擬體系的引發(fā)劑、單體濃度，各種基元反應(yīng)的類型和發(fā)生概率；

(2)設(shè)置模擬聚合反應(yīng)工藝過程和實(shí)施條件的參數(shù)，包括：反應(yīng)的體系的邊界條件，單體和引發(fā)劑的加料方式；

(3)聚合反應(yīng)的蒙托卡羅模擬步驟是：

(a)根據(jù)(1)和(2)中所述內(nèi)容確定模擬體系的各類參數(shù)，建立研究的計(jì)算模型；在確定尺寸的模擬體系中，均勻排列粗粒化的引發(fā)劑和單體粒子；

(b)通過隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，隨機(jī)選擇一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元(引發(fā)劑、單體粒子或分子鏈上某個(gè)鏈節(jié)單元)和運(yùn)動(dòng)方向，判斷運(yùn)動(dòng)方向和距離上是否有空格或粗粒化的體系粒子，如果有空格，則進(jìn)行蒙托卡羅運(yùn)動(dòng)；如果為粗粒化的體系粒子則進(jìn)行如(c)所述的聚合反應(yīng)判斷；

(c)聚合反應(yīng)判斷步驟為：如果體系粒子為自由基活性種(裂解的引發(fā)劑，鏈自由基)則發(fā)生聚合反應(yīng)(d)；如果為其他無活性的粒子(未裂解的引發(fā)劑，分子鏈中的鏈節(jié)單元，發(fā)生終止反應(yīng)的鏈端)則退出判斷，重新進(jìn)行(b)中所述運(yùn)動(dòng)；

(d)兩自由基在成鍵距離內(nèi)，以反應(yīng)概率進(jìn)行判斷是否可以發(fā)生反應(yīng)；如反應(yīng)概率允許，將兩種自由基粒子連接成鏈，聚合反應(yīng)活性轉(zhuǎn)移到鏈末端；如反應(yīng)概率不允許，則退回(b)重新進(jìn)行運(yùn)動(dòng)判斷；

(e)模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)方法：利用指針數(shù)組記錄運(yùn)動(dòng)單元(引發(fā)劑、單體粒子或分子鏈上某個(gè)鏈節(jié)單元)和分子鏈的信息，經(jīng)過一定運(yùn)動(dòng)和反應(yīng)嘗試步驟后，統(tǒng)計(jì)體系中殘余單體的數(shù)目，計(jì)算單體轉(zhuǎn)化率；統(tǒng)計(jì)分子鏈的數(shù)目、每條分子鏈的鏈節(jié)單元數(shù)，計(jì)算分子量和分子量分布；

(4)并行計(jì)算方法：

(a)將模擬體系劃分成多個(gè)獨(dú)立的子體系，引發(fā)劑和單體粒子以相同比例分散到多個(gè)CPU上，將(1)和(2)中所述的參數(shù)賦予每個(gè)子體系，通過隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不同的初始反應(yīng)狀態(tài)；

(b)并行機(jī)制有兩條路線：一是在各個(gè)CPU上分別模擬一個(gè)子體系的聚合反應(yīng)狀況，模擬步驟同(3)，每隔一定的運(yùn)算時(shí)間，全局平均統(tǒng)計(jì)反應(yīng)程度和反應(yīng)體系信息；二是在各個(gè)CPU上分別模擬一個(gè)子體系的聚合反應(yīng)狀況，每隔一定的運(yùn)算時(shí)間，聚合反應(yīng)信息經(jīng)全局平均后重新隨機(jī)劃分子體系并再次分配到各個(gè)CPU上進(jìn)行模擬，以此實(shí)現(xiàn)并行體系的反應(yīng)狀態(tài)和信息平均；

(5)設(shè)計(jì)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)印證的簡(jiǎn)單聚合反應(yīng)模擬體系，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證比較，以調(diào)整模擬體系參數(shù)和運(yùn)動(dòng)設(shè)置；將驗(yàn)證后的模型和參數(shù)引入復(fù)雜聚合反應(yīng)體系，用于研究難以通過實(shí)驗(yàn)方法直接觀測(cè)的復(fù)雜聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于：步驟(3)中由(c)中運(yùn)動(dòng)嘗試選取兩個(gè)鄰近的自由基，在(d)中計(jì)算兩自由基是否在成鍵距離內(nèi)，以反應(yīng)概率進(jìn)行判斷是否可以發(fā)生反應(yīng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于：步驟(4)中并行計(jì)算方法和兩種并行機(jī)制。

4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于：步驟(5)中以簡(jiǎn)單反應(yīng)體系實(shí)驗(yàn)結(jié)果矯正模擬體系參數(shù)設(shè)置，在此基礎(chǔ)上建立對(duì)復(fù)雜反應(yīng)體系的模擬研究模型，最終實(shí)現(xiàn)模擬結(jié)果對(duì)復(fù)雜體系實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋和預(yù)測(cè)。