پایان نامه ارشد رشته شیمی : محاسبات انرژی آزاد گیبس برای تعویض مهمان در هیدرات گازی sI با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی

 پایان نامه سایت ارشدها - رشته جغرافی-جغرافیا

عنوان کامل پایان نامه :

 محاسبات انرژی آزاد گیبس برای تعویض مهمان در هیدرات گازی sI با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی

قسمتی از متن پایان نامه :

۲-۱- تاریخچه­ی شبیه­سازی

روش دینامیک مولکولی ابتدا توسط آلدر[۱] و وین­رایت[۲] [۱۹،۱۸] در اواخر دهه­ی ۱۹۵۰ میلادی به منظور مطالعه­ی بر­همکنش­های مدلی از کرات سخت معرفی شد. از این مطالعه،    ایده­های بسیار مهمی درباره­ی رفتار مایعات ساده حاصل شد. پیشرفت عمده­ی بعدی در سال ۱۹۶۴ میلادی زمانی حاصل گردید که رحمان[۳] [۲۰] نخستین شبیه­سازی را با استفاده از پتانسیل   لنارد- جونز برای آرگون انجام داد.

اولین شبیه­سازی روی پروتئین توسط مک­کامن[۴] [۲۱] و همکاران در سال ۱۹۹۷ میلادی روی بازدارنده­های تیپسین در لوزالمعده­ی گاو انجام شد. امروزه نمونه­های زیادی از شبیه­سازی روی پروتئین­های حل­شده، کمپلکس­های پروتئین-DNA و سامانه­های لیپیدی در مقاله­ها یافت می­شود که شامل بررسی ترمودینامیکی پیوند لیگاند و تا­خوردگی پروتئین­های کوچک می­باشند. شبیه­سازی رایانه­ای با معرفی روش­های تعادلی در تعیین خواص انتقالی و با در نظر گرفتن اثرات مکانیک کوانتومی توسعه یافته است.

 

 

 

۲-۲- شبیه­سازی دینامیک مولکولی

دینامیک مولکولی شکلی از شبیه­سازی رایانه­ای است که در آن اتم­ها و مولکول­ها اجازه دارند برای یک بازه­ی زمانی معین تحت قوانین خاص با­هم بر­همکنش داشته باشند و طرحی از حرکت اتم­ها را ارائه کنند.

دینامیک مولکولی روشی مناسب برای محاسبه­ی خواص تعادلی و انتقالی سامانه­ها می­باشد. در شبیه­سازی دینامیک مولکولی قوانین مکانیک کلاسیک به ویژه قوانین نیوتن برای بررسی تحول زمانی اتم­ها به کار برده می­شود. در این شبیه­سازی، ابتدا نمونه­ی اولیه تهیه شده یا به زبان   شبیه­سازی، مکان­ها و سرعت­های اولیه­ی ذرات سامانه مشخص می­شود. سپس مدل پتانسیل برای محاسبه­ی نیروی وارد بر ذرات موجود در سامانه­ی  Nذره­ای انتخاب می­شود. پس از حل معادلات حرکت که در مورد سامانه­های کلاسیکی می­تواند معادله­ی نیوتن باشد، مکان­ها و سرعت­های جدید سامانه محاسبه می­شود و این کار تا زمانی ادامه دارد که سامانه به تعادل برسد. پس از رسیدن به تعادل، اندازه­گیری­های واقعی بر­روی سامانه انجام می­شود. نکته­ای که باید به آن توجه داشت این است که شبیه­سازی دینامیک مولکولی نیز مانند سایر روش­ها با خطا همراه است. برای کاهش میزان خطای آماری، زمان شبیه­سازی و یا تعداد اندازه­گیری­ها برای عمل                                             متوسط­گیری باید افزایش یابد.

 

۲-۳- سامانه­های مدل و پتانسیل­های بر­همکنش

بزرگترین جزء سازنده در یک شبیه­سازی، مدلی است که برای یک سامانه­ی فیزیکی مورد مطالعه به­کار می­رود. در شبیه­سازی دینامیک مولکولی، واقعیت[۵] با یک مدل بیان می­شود. هر چند یک سامانه­ی واقعی بسیار پیچیده است، اما در یک شبیه­سازی با ساده­سازی و استفاده از تقریب­ها و به بیان دیگر با ارائه­ی یک مدل می­توان نتایجی نزدیک به واقعیت به­دست آورد. یک مدل از دو قسمت تشکیل شده است:

  • بر­همکنش بین مولکول­های سازنده­ی سامانه
  • بر­همکنش بین مولکول­ها و محیط اطراف

هدف در شبیه­سازی دینامیک مولکولی، محاسبه­ی موقعیت و اندازه­ حرکت مولکول­ها در مدل است. ایده­ی اصلی در این محاسبات، بررسی حرکت مولکول­های سازنده­ی سامانه یعنی موقعیت­ها، سرعت­ها و تغییرات آن­ها است. بنابر­این می­توان گفت مهم­ترین مرحله در دینامیک مولکولی، طرح یک مدل مناسب برای توصیف سامانه است. برای شبیه­سازی یک سامانه­ی فیزیکی این نکته به معنی انتخاب یک پتانسیل پیکربندی مناسب است. پتانسیل پیکربندی، پتانسیل حاکم بر ذرات موجود در سامانه است، وقتی که آن ذرات پیکربندی ویژه­ای دارند. در واقع اهمیت اساسی در بررسی یک سامانه، شناخت حالت سامانه است. در مکانیک کلاسیک، حالت سامانه با آگاهی کامل از موقعیت و اندازه­حرکت آن تعیین می­شود. اگر موقعیت و اندازه­حرکت ذره­ای مشخص باشد، آینده­ی آن معین خواهد بود. با دانستن پتانسیل پیکربندی، می­توان نیرو­های حاکم بر­سامانه را با استفاده از معادله­ی حرکت نیوتن محاسبه کرد:

(۲-۱)

در معادله (۲-۱) ، Fi نیروی وارد شده بر ذره­ی iام در یک سامانه­ی Nذره­ای، توسط N-1 ذره­ی دیگر است. m جرم ذره، r بردار مکان، V پتانسیل پیکربندی و rN نماینده­ی مجموعه                                               بردار­های مکانی مرکز جرم اتم­ها است: rN={r1, r2, r3, …, rN}. در واقع، rN پیکربندی سامانه را مشخص می­کند. با استفاده از انتگرال­گیری از معادله­ی (۲-۱) می­توان مکان و اندازه­حرکت هر ذره­ی سازنده­ی سامانه را با گذشت زمان به دست آورد.

ساده­ترین روش برای استفاده از پتانسیل پیکربندی V، استفاده از تقریب جمع­پذیر                                          جفت­گونه است:

(۲-۲)

که بر­اساس معادله­ی (۲-۲) ، V حاصل جمع پتانسیل­های جفت­های موجود در سیستم و ϕ پتانسیل جفت است.

[۱] Alder

[۲] Wain Wright

[۳] Rahman

[۴] Mc Cammon

[۵] Reality

سوالات یا اهداف این پایان نامه :

۱-۶- اهمیت هیدرات‌­های گازی

تشکیل هیدرات، چه به­عنوان یک پدیده‌­ی مضر در خطوط انتقال گاز و چه کاربرد‌­های آن در نگهداری و انتقال یا جدا­سازی مواد گوناگون مدّ نظر محققان است.

برای دیدن جزئیات بیشتر ، خرید و دانلود آنی فایل متن کامل با فرمت ورد می توانید به لینک زیر مراجعه نمایید:

 دانلود متن کامل پایان نامه جغرافیا در لینک زیر

لینک متن کامل پایان نامه رشته جغرافیا با عنوان :  محاسبات انرژی آزاد گیبس برای تعویض مهمان در هیدرات گازی sI با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی با فرمت ورد