分子动力学模拟-油气界面张力和最小混相压力计算

关键词：页岩油，分子动力学，lammps，gromacs，界面张力，最小混相压力

摘要：分子模拟方法在探究纳米尺度下分子间相互作用方面展现出巨大的技术优势。因此，本文采用分子动力学模拟方法，研究体相CO2/原油的混相机理。

通过我这套LAMMPS, GROMACS代码，你可以实现不同气体，不同油种类，不同温度下的油气界面张力和最小混相压力计算。这套代码还可以把气体换成水，在气体/水中加入表面活性剂，助溶剂等，进行研究。

MS，LAMMPS，GROMACS均可以实现，这里介绍LAMMPS，GROAMCS流程。

1，初始模型构建：初始模型是 气体-液体-气体模型，使用PACKMOL构建

2，选择力场：CO2可用TRAPPE，EPM2力场，油用OPLS-AA力场

3，进行分子动力学模拟：能量最小化-平衡动力学-生产动力学

4，统计界面张力数据，还可分析密度分布，扩散系数，相互作用力参数等

5，提供LAMMPS in文件，data文件; GROMACS：mdp，top，inp，pdb，gro，xtx等文件

首先设置一个初始尺寸较大的模拟盒子，如图1所示。

体系设置为NVT系综，可以设置多个温度，观察温度对混相行为的影响。压力由气体数量决定。这个体系6ns就稳定了，但是收集IFT数据，需要30ns。

图2分析了z方向密度分布。图3是油的二维密度分布。

图4是不同时间下油-气的扩散构象。

图5是油气界面张力数值，可以看到能和实验匹配。

图6是扩散系数，可以分析x-y方向，和z方向，也可以直接分析整个体系。

图1 基础模型

图2 油的一维密度分布

图3 油的二维密度分布

图4 油气的扩散构像

图5 油气界面张力

图6 扩散系数

图6 不同驱替速度下(a)体系内相互作用能与(b)烷烃在X方向运移距离