JP6626665B2 - 輸送係数を算出する方法、装置、及びプログラム - Google Patents
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Description
解析対象となる物質を表す原子モデルデータを用いた分子動力学計算に基づき、予め定めた解析温度及び解析圧力下における平衡状態にある分子の挙動を算出し、輸送係数に対応する物理量を時点t1から時点tkまで表すk個の時系列データを算出するステップと、
前記時点t1から時点tkをm個(m<k)のグループに区分し、グループ毎に算出した物理量の平均値に基づきm個の自己相関関数の値を算出するステップと、
前記m個の自己相関関数の値を、exp{−(t/τ)β}で表されるKWW関数(Kohlausch-Williams-Watts)を含む近似式で近似し、τ及びβを含むパラメータを決定するステップと、
決定された前記パラメータを用いて前記近似式を時間積分して輸送係数を算出するステップと、
を含む。
解析対象となる物質を表す原子モデルデータを用いた分子動力学計算に基づき、予め定めた解析温度及び解析圧力下における平衡状態にある分子の挙動を算出し、輸送係数に対応する物理量を時点t1から時点tkまで表すk個の時系列データを算出する物理量算出部と、
前記時点t1から時点tkをm個(m<k)のグループに区分し、グループ毎に算出した物理量の平均値に基づきm個の自己相関関数の値を算出する自己相関関数算出部と、
前記m個の自己相関関数の値を、exp{−(t/τ)β}で表されるKWW関数(Kohlausch-Williams-Watts)を含む近似式で近似し、τ及びβを含むパラメータを決定する近似部と、
決定された前記パラメータを用いて前記近似式を時間積分して輸送係数を算出する輸送係数算出部と、
を備える。
本実施形態の装置は、予め定めた解析温度及び解析圧力下における解析対象となる物質の輸送係数を、分子動力学シミュレーションを用いて算出する装置である。輸送係数としては、粘性係数、拡散係数及び熱導電率などが挙げられる。本実施形態では、粘性係数を算出する例を用いて説明する。
近似式は、N個のKWW関数の重ね合わせ展開式である式(4)で表現される。
具体的には、展開式の長さNは、N=1から始めて、式(6)が満たされるまで1ずつ増やしている。
式(6)は、一致度R2が99.9%以上であればよいことを示している。誤差としては、0.1%以下である。所定の許容値に対応する値0.999は、予め初期設定部10を介して設定される。なお、本実施形態では、N=3で式(6)の条件を満たした。
実験値:696μPaS
図7に示す平均値を用いた方法:707μPaS;計算時間5.E+04
図5に示す指数関数を用いた近似式:729μPaS;計算時間1.E+04
図6に示すKWW関数を用いた近似式:692μPaS;計算時間1.E+04
上記の通り、図7の従来方法は、実験値に対して或る程度の精度で輸送係数を算出できるが、計算コストが高いというデメリットが存在する。
図5に示す方法は、計算コストが少なく好ましいが、短時間領域の物理量を近似式でうまく表現できていないために、輸送係数の算出精度が悪い。
図6に示す方法は、計算コストが少なく、更に、輸送係数の算出精度が他の方法に比して高い。これは、Multiple-tau相関法による平均化の効果で長時間領域の揺らぎが低減し、更に、短時間領域の値を近似式で適切に表現できているためと考えられる。
したがって、本実施形態の方法であれば、計算コストの低減と、算出精度の向上とを両立することができることが理解できる。本実施形態では、計算誤差を5%から1%に低減し、計算時間を約5分の1に低減している。
上記装置1を用いた輸送係数を算出する方法について、図2を用いて説明する。
解析対象となる物質を表す原子モデルデータを用いた分子動力学計算に基づき、予め定めた解析温度及び解析圧力下における平衡状態にある分子の挙動を算出し、輸送係数に対応する物理量を時点t1から時点tkまで表すk個の時系列データを算出するステップST3と、
時点t1から時点tkをm個(m<k)のグループに区分し、グループ毎に算出した物理量の平均値に基づきm個の自己相関関数の値G(ti)[i=1〜m]を算出するステップST4と、
m個の自己相関関数の値G(ti)を、exp{−(t/τ)β}で表されるKWW関数(Kohlausch-Williams-Watts)を含む近似式で近似し、τ及びβを含むパラメータを決定するステップ(ST5〜8)と、
決定されたパラメータを用いて近似式を時間積分して輸送係数を算出するステップST9と、
を含む。
解析対象となる物質を表す原子モデルデータを用いた分子動力学計算に基づき、予め定めた解析温度及び解析圧力下における平衡状態にある分子の挙動を算出し、輸送係数に対応する物理量を時点t1から時点tkまで表すk個の時系列データを算出する物理量算出部12と、
前記時点t1から時点tkをm個(m<k)のグループに区分し、グループ毎に算出した物理量の平均値に基づきm個の自己相関関数の値G(ti)[i=1〜m]を算出する自己相関関数算出部13と、
前記m個の自己相関関数の値G(ti)を、exp{−(t/τ)β}で表されるKWW関数(Kohlausch-Williams-Watts)を含む近似式で近似し、τ及びβを含むパラメータを決定する近似部14と、
決定されたパラメータを用いて近似式を時間積分して輸送係数を算出する輸送係数算出部15と、
を備える。
N=1として、最小二乗法によってパラメータai、τi、βi(i=1〜N)を決定し、
決定したパラメータai、τi、βi及び前記近似式で算出される値G’(t)と、前記m個の自己相関関数の値との誤差が所定の許容値以下となるまで、Nを1ずつ大きくして、前記最小二乗法によるパラメータai、τi、βiの決定を繰り返す。
12…物理量算出部
13…自己相関関数算出部
14…近似部
15…輸送係数算出部
Claims (7)
- コンピュータが実行する方法であって、
解析対象となる物質を表す原子モデルデータを用いた分子動力学計算に基づき、予め定めた解析温度及び解析圧力下における平衡状態にある分子の挙動を算出し、輸送係数に対応する物理量を時点t1から時点tkまで表すk個の時系列データを算出するステップと、
前記時点t1から時点tkをm個(m<k)のグループに区分し、グループ毎に算出した物理量の平均値に基づきm個の自己相関関数の値を算出するステップと、
前記m個の自己相関関数の値を、exp{−(t/τ)β}で表されるKWW関数(Kohlausch-Williams-Watts)を含む近似式で近似し、τ及びβを含むパラメータを決定するステップと、
決定された前記パラメータを用いて前記近似式を時間積分して輸送係数を算出するステップと、
を含む、輸送係数を算出する方法。 - 前記自己相関関数の値は、Multiple-tau相関法、最大エントロピー法、又はブロックアベレージ法を用いて算出する、請求項1に記載の方法。
- 前記近似式は、式(4)で表され、
N=1として、最小二乗法によってパラメータai、τi、βi(i=1〜N)を決定し、
決定したパラメータai、τi、βi及び前記近似式で算出される値G’(t)と、前記m個の自己相関関数の値との誤差が所定の許容値以下となるまで、Nを1ずつ大きくして、前記最小二乗法によるパラメータai、τi、βiの決定を繰り返す、請求項1又は2に記載の方法。 - 解析対象となる物質を表す原子モデルデータを用いた分子動力学計算に基づき、予め定めた解析温度及び解析圧力下における平衡状態にある分子の挙動を算出し、輸送係数に対応する物理量を時点t1から時点tkまで表すk個の時系列データを算出する物理量算出部と、
前記時点t1から時点tkをm個(m<k)のグループに区分し、グループ毎に算出した物理量の平均値に基づきm個の自己相関関数の値を算出する自己相関関数算出部と、
前記m個の自己相関関数の値を、exp{−(t/τ)β}で表されるKWW関数(Kohlausch-Williams-Watts)を含む近似式で近似し、τ及びβを含むパラメータを決定する近似部と、
決定された前記パラメータを用いて前記近似式を時間積分して輸送係数を算出する輸送係数算出部と、
を備える、輸送係数を算出する装置。 - 前記自己相関関数の値は、Multiple-tau相関法、最大エントロピー法、又はブロックアベレージ法を用いて算出する、請求項4に記載の装置。
- 前記近似式は、式(4)で表され、
前記近似部は、N=1として、最小二乗法によってパラメータai、τi、βi(i=1〜N)を決定し、
決定したパラメータai、τi、βi及び前記近似式で算出される値G’(t)と、前記m個の自己相関関数の値との誤差が所定の許容値以下となるまで、Nを1ずつ大きくして、前記最小二乗法によるパラメータai、τi、βiの決定を繰り返す、請求項4又は5に記載の装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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