基于cAMOEBA极化力场的燃烧气相分子的输运参数
01 引言
近几十年来，燃烧化学得到了长足的发展[prog. energy combust. 2014, 43.]。应用了许多实验和理论方法来研究燃烧相关问题，包括相关化学物质的分子间势能、传输特性和碰撞能量转移计算[prog. energy combust. 2021, 83.]。然而，由于燃烧反应过程被认为是一个复杂的网络结构，涉及许多反应和大量中间产物， 很难通过实验确定不同化学物质的输运参数[combust. flame. 2014, 161.]。因此，理论计算就显得尤为重要。因此，建立精确的燃烧动力学模型是燃烧化学领域最重要的任务之一[combust. inst. 2021, 38.]。
02 成果简介
在本研究中，我们报告了一个针对燃烧相关分子的简化但精确的通用amoeba极化力场，称为combustion-amoeba或camoeba。其中，气体分子弛豫优化是通过鸿之微ds-paw软件进行计算（其为camoeba极化力场的构建而服务）。通过消除永久原子偶极子和四极子，保留明显的极化，并定义每个分子种类(包括烷、烯、 炔、醇、过氧化物和醛)的原子类型，构建了简化的通用camoeba力场，并利用在qcisd(t)/cbs理论上获得的基准结果进行了验证。这样就避免了在原始amoeba(poltype/mp2)力场中对每个新分子的永久原子多极进行参数化的繁琐步骤，从而能够以较低的计算成本对大量分子进行精确的高通量计算。
此外，我们使用camoeba和amoeba (poltype/mp2)计算的约100种不同分子和四种浴气(he、ne、ar和n2)的输运参数σ和ε的平均差异分别为0.09%和1.27%，这表明通用camoeba力场与原始amoeba(poltype/mp2)力场具有良好的一致性，在原始力场中，每个小分子的多极力场参数都是通过量子力学计算获得的。我们的结果还表明，在从一种浴气中获得纯气体分子lennard-jones参数时，lorentz-berthelot组合规则比waldman-hagler规则更适用， 而waldman-hagler组合规则则更适合从所有四种浴气中获得这些参数。则更适用于从所有四种浴气中获取这些参数。使用camoeba获得的纯气体参数可用于为燃烧建模开发高质量的传输特性数据库。
03 图文导读
图1: 对目标分子进行结构优化，为燃烧分子构建简化且高精度的极化力场
图2: 基于 camoeba 力场计算的分子在不同浴气下的输运参数
图3: 通过不同的力场(jasper and miller, tabulated values和 camoeba)，对比选择分子的二元扩散系数
04 小结
在本研究中，我们报告了用于燃烧相关分子建模的camoeba力场的构建情况。该力场的目的是为更广泛的化学空间提供一个通用的、随时可用的力场， 而无需繁琐的参数化程序。目前的参数化已经涵盖了烷、烯、炔、醇、过氧化物和醛。通过将分子间势能与高水平的qm计算进行比较，以及将预测的传输特性与实验值进行比较，对力场进行了验证。
值得注意的是，与amoeba力场一样，camoeba力场也是基于通用力场构建方案获得的力场，可提供精确的分子间相互作用。因此，camoeba力场不仅可用于推导气体的l-j参数，还可用于其他通用模拟，如分子动力学模拟和相关的基于动力学的采样技术。使用新力场生成l-j参数的适用性取决于估算方法。洛伦兹-贝特洛组合规则更适合于选择一种浴气来计算纯气体的l-j参数。用该l-j参数计算的理论粘度与实验结果之间的误差小于7%。实验结果的误差小于7%。waldman-hagler组合规则适用于组合四种浴气来获得纯气体的l-j参数。用这种方法计算分子理论粘度得到的l-j参数分子的l-j参数与实验值非常接近，误差小于9%。最后，基于我们的力场和oddm方法，我们还计算了约100种燃烧物的l-j参数，用于计算燃烧过程中的输运特性。
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在本研究中，我们报告了一个针对燃烧相关分子的简化但精确的通用amoeba极化力场，称为combustion-amoeba或camoeba。其中，气体分子弛豫优化是通过鸿之微ds-paw软件进行计算（其为camoeba极化力场的构建而服务）。通过消除永久原子偶极子和四极子，保留明显的极化，并定义每个分子种类(包括烷、烯、 炔、醇、过氧化物和醛)的原子类型，构建了简化的通用camoeba力场，并利用在qcisd(t)/cbs理论上获得的基准结果进行了验证。这样就避免了在原始amoeba(poltype/mp2)力场中对每个新分子的永久原子多极进行参数化的繁琐步骤，从而能够以较低的计算成本对大量分子进行精确的高通量计算。
此外，我们使用camoeba和amoeba (poltype/mp2)计算的约100种不同分子和四种浴气(he、ne、ar和n2)的输运参数σ和ε的平均差异分别为0.09%和1.27%，这表明通用camoeba力场与原始amoeba(poltype/mp2)力场具有良好的一致性，在原始力场中，每个小分子的多极力场参数都是通过量子力学计算获得的。我们的结果还表明，在从一种浴气中获得纯气体分子lennard-jones参数时，lorentz-berthelot组合规则比waldman-hagler规则更适用， 而waldman-hagler组合规则则更适合从所有四种浴气中获得这些参数。则更适用于从所有四种浴气中获取这些参数。使用camoeba获得的纯气体参数可用于为燃烧建模开发高质量的传输特性数据库。
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图1: 对目标分子进行结构优化，为燃烧分子构建简化且高精度的极化力场
图2: 基于 camoeba 力场计算的分子在不同浴气下的输运参数
图3: 通过不同的力场(jasper and miller, tabulated values和 camoeba)，对比选择分子的二元扩散系数
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值得注意的是，与amoeba力场一样，camoeba力场也是基于通用力场构建方案获得的力场，可提供精确的分子间相互作用。因此，camoeba力场不仅可用于推导气体的l-j参数，还可用于其他通用模拟，如分子动力学模拟和相关的基于动力学的采样技术。使用新力场生成l-j参数的适用性取决于估算方法。洛伦兹-贝特洛组合规则更适合于选择一种浴气来计算纯气体的l-j参数。用该l-j参数计算的理论粘度与实验结果之间的误差小于7%。实验结果的误差小于7%。waldman-hagler组合规则适用于组合四种浴气来获得纯气体的l-j参数。用这种方法计算分子理论粘度得到的l-j参数分子的l-j参数与实验值非常接近，误差小于9%。最后，基于我们的力场和oddm方法，我们还计算了约100种燃烧物的l-j参数，用于计算燃烧过程中的输运特性。
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