Computer Simulation of Liquids

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出版者:Oxford University Press
作者:M. P. Allen
出品人:
页数:408
译者:
出版时间:1988-2-11
价格:USD 95.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780198553755
丛书系列:
图书标签:
  • MD
  • 分子模拟
  • simulation
  • 分子动力学
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  • Programming
  • M._P._Allen
  • 蒙特卡洛
  • Molecular Dynamics
  • Monte Carlo
  • Statistical Mechanics
  • Fluid Dynamics
  • Computational Physics
  • Soft Matter
  • Phase Transitions
  • Thermodynamics
  • Non-Equilibrium
  • Simulation Methods
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具体描述

Computer simulation is an essential tool in studying the chemistry and physics of liquids. Simulations allow us to develop models and to test them against experimental data. They can be used to evaluate approximate theories of liquids, and to provide detailed information on the structure and dynamics of model liquids at the molecular level.

This book is an introduction and practical guide to the molecular dynamics and Monte Carlo methods. The first four chapters describe these methods in detail, and provide the essential background in intermolecular forces and statistical mechanics. Chapters 5 and 6 emphasize the practical aspects of writing efficient programs and analysing the simulation results. The remaining chapters cover advanced techniques, non-equilibrium methods, Brownian dynamics, quantum simulations, and some important applications.

FORTRAN code is presented in the text.

--from amazon.com

《非电脑模拟的液体研究》 书籍简介 本书旨在深入探讨液体世界的奥秘,但并非通过计算机模拟这一现代技术手段。相反,我们将目光投向更传统的、依赖于实验观测、理论推导以及精巧的解析方法的领域,以期揭示液体结构的本质、动力学的规律以及宏观性质的由来。本书将带领读者穿越由分子间相互作用编织而成的复杂图景,理解不同尺度下液体行为的涌现机制,并勾勒出理论模型如何被实验数据所验证和修正的历程。 第一部分:液体的微观结构与分子动力学 分子间作用力与液体形态: 我们将首先审视构成液体的基本单元——分子,以及它们之间复杂而多样的相互作用力。从范德华力到氢键,理解这些力的性质和相对强度,对于解释液体的宏观表现至关重要。本书将详细分析不同类型的分子间势能函数,以及这些函数如何影响分子的排列和运动。我们将探讨晶体与液体的根本区别,即液体中缺乏长程有序性,但仍然存在短程的、统计性的关联。 配分函数与统计力学基础: 借助统计力学的强大工具,我们将引入配分函数的概念,将其作为连接微观状态与宏观热力学性质的桥梁。重点将放在如何利用配分函数来计算液体的内能、熵、自由能以及压强等关键参数。我们将深入讲解配分函数在液体理论中的应用,例如基于格林函数或扰动理论的近似方法。 液体动力学:扩散与粘滞性: 除了静态的结构,液体的动力学行为同样令人着迷。本书将聚焦于液体中的扩散过程,解释菲克定律的微观起源,并介绍不同尺度下的扩散机制,例如布朗运动的经典理论。同时,我们将深入探讨液体的粘滞性,分析剪切应力如何传递,以及viscosity是如何反映分子运动阻碍的。我们将介绍的动力学理论,例如基于随机游走模型或更精密的动力学理论,来解释这些现象。 径向分布函数与关联性: 径向分布函数(RDF)是描述液体结构的核心工具之一。本书将详细阐述如何从实验(如X射线或中子散射)和理论上获得RDF,并解释其物理意义——它指示了在任意距离处找到第二个分子的概率。我们将分析不同类型的液体(如单原子液体、极性液体)的RDF特征,以及RDF如何反映分子的聚集行为和空隙分布。 第二部分:宏观性质的理论解释与实验验证 相变行为与临界现象: 液体常常伴随着复杂的相变过程。本书将深入研究液体与固体的熔化,以及液体与气体的汽化。我们将详细讨论相图的概念,并重点分析相变点附近的临界现象,例如临界点的不可区分性以及关联长度的增长。我们将介绍一些解析性的相变理论,如范德华方程的改进模型,并讨论其在描述液体行为方面的局限性。 表面张力与界面现象: 液体表面并非简单的边界,而是具有独特物理性质的界面。本书将详细解释表面张力产生的微观机制,即分子在界面处的未饱和吸引力。我们将讨论表面张力与液体内聚力之间的关系,并介绍如何从实验上测量表面张力。同时,我们将触及一些与界面相关的现象,如润湿、毛细现象以及液体在多孔介质中的行为。 液体中的输运现象: 除了扩散和粘滞性,液体还表现出其他重要的输运现象,例如热导率和电导率(对于某些液体而言)。本书将从微观角度解释热量如何在液体中传递,以及导电的机理。我们将探讨这些输运系数与液体微观结构和动力学之间的联系,并介绍一些经典的输运理论。 非平衡态液体行为初探: 尽管本书主要关注平衡态的液体行为,但我们也将在最后部分简要介绍非平衡态液体的一些基本概念。例如,当液体受到外力场(如温度梯度或速度梯度)作用时,其行为会发生怎样的变化。我们将提及一些初步的理论框架,用于描述非平衡态下的液体动力学和输运过程。 第三部分:液体研究的方法论与前沿视角 实验技术回顾: 本书将回顾一些经典的、非模拟的液体研究实验技术,包括但不限于:X射线衍射、中子散射、拉曼光谱、红外光谱、核磁共振、粘度计、表面张力仪等。我们将重点介绍这些技术如何提供关于液体结构和动力学的直接信息,并讨论它们各自的优势和局限性。 解析理论的进展: 我们将探讨液体理论研究中一些重要的解析性方法和模型,例如:连续介质理论、液滴模型、统计格林函数方法、以及一些基于近似的解析解。这些方法虽然可能存在一定的近似性,但在特定条件下却能提供深刻的物理洞察,并且具有直接的预测能力。 理论模型与实验数据的融合: 本书强调理论模型与实验数据之间的相互印证。我们将通过具体的例子,展示如何利用实验数据来检验和完善理论模型,反之亦然。这种紧密的结合是液体科学得以不断发展的关键。 经典理论的局限性与未来方向: 最后,我们将诚实地指出当前非模拟的液体研究方法在处理某些复杂体系(如强关联液体、胶体悬浮液)时可能遇到的挑战。同时,也将展望未来,探讨在保留传统研究精髓的基础上,如何进一步拓展和深化对液体世界的理解。 本书的目标读者包括对物理化学、凝聚态物理、材料科学以及相关工程领域感兴趣的本科生、研究生以及科研人员。我们希望通过本书,读者能够建立起对液体宏观性质和微观机制之间深刻联系的认知,并为进一步探索液体科学的广阔领域打下坚实的基础。

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读后感

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用户评价

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这本书的结构组织非常清晰,仿佛是作者多年教学经验的沉淀。它从最基础的分子动力学框架开始,逐步引入了处理温度、压力、相变等复杂环境的手段。我欣赏它在讨论复杂流体现象时的系统性。例如,在模拟固-液界面时,作者清晰地指出了界面能的计算难点,并对比了不同截断方法在处理近场和远场力时的优劣。最让我感到醍醐灌顶的是关于“稀疏采样”的讨论——如何在保证统计有效性的前提下,避免在不感兴趣的区域进行不必要的计算。这直接关系到计算资源的最优化配置。整本书的论述风格非常“务实”,每一个概念的引入都伴随着对其实际计算复杂度和潜在误差的评估。它避免了纯粹的数学推导,而是聚焦于“如何让模拟跑得更快、更准确”这一核心目标。对于任何致力于流体计算模拟领域的科研人员来说,这本书无疑是近十年来最值得投资的学术专著之一,它的参考价值将是长期的。

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说实话,当我拿起这本厚厚的著作时,内心是充满敬畏的。我过去接触的关于流体力学和统计物理的书籍,大多偏向解析解和宏观现象的描述,而这本则彻底转向了微观的、离散的视角。它没有浪费篇幅去复述经典的Navier-Stokes方程的推导,而是直接切入了数值方法的实施层面。最让我印象深刻的是关于Monte Carlo方法在液相模拟中的应用,尤其是Metropolis算法的改进和温度梯度的处理。作者似乎拥有无尽的耐心,将每一步积分、每一种采样策略背后的统计误差都剖析得淋漓尽致。阅读体验是相当“硬核”的,它要求读者具备扎实的数学基础和编程经验,否则很容易在复杂的积分方程和矩阵运算中迷失方向。但对于那些渴望掌握前沿计算工具,想要挑战复杂介质(比如界面、高压流体)模拟瓶颈的人来说,这本书绝对是案头必备的“武功秘籍”,每一次翻阅都能发现新的优化思路和潜在的陷阱规避技巧。

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我得坦白,这本书的阅读过程是一次漫长而孤独的“攀登”。它的深度令人叹服,但坦率地说,门槛也相当高。对于初学者而言,前几章可能还算友好,介绍了基本概念和一些简单的相互作用势能模型。然而,一旦进入到关于路径积分和量子效应的讨论,普通读者几乎会被远远甩在后面。我感觉作者默认读者已经非常熟悉经典力学和量子统计的基础,所以他直接跳跃到了如何将这些理论转化为高效的计算机代码。书中对于“时间步长”选择的敏感性和“收敛性”的判断标准,那种近乎偏执的严谨性,让我对模拟的准确性有了全新的认识。我尤其注意到了对长程相互作用处理的章节,如何巧妙地利用快速傅里叶变换(FFT)来加速计算,这种将数学技巧融入物理模型的精妙结合,是教科书上很少见到的高阶知识。总而言之,这是一本给“玩家”准备的,而不是给“旁观者”准备的。

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从应用的角度来看,这本书的价值简直无可估量。我过去一直苦于在材料科学领域,如何准确模拟液体在纳米尺度下的行为,例如润湿性、扩散系数的温度依赖性等。市面上的许多软件工具箱提供了现成的API,但它们往往像一个“黑箱”,你输入参数,输出结果,却不明白结果是如何产生的,更别提针对特定问题进行定制化修改了。这本书恰好填补了这一知识鸿沟。它详细剖析了如何为特定的原子模型(如Lennard-Jones、修正的Coulomb相互作用等)建立参数集,并演示了如何通过模拟来提取热力学量和输运性质。它不仅仅是理论,更是“方法论的蓝图”。我甚至开始尝试用书中的一些技巧来优化我们实验室现有代码中的粒子间力计算部分,效果立竿见影。这本书真正教会我的,是如何成为一个能设计和校验模拟方法的计算科学家,而非仅仅是软件的使用者。

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这本书真是让人大开眼界,我原以为对流体的理解已经算得上是有些基础了,毕竟在物理系里待了这么多年,但这本书一下子把我拉到了一个全新的高度。它深入浅出地讲解了如何用计算机模拟液体——这个我们日常生活中无处不在,但本质上又极其复杂的系统。作者没有仅仅停留在理论的罗列上,而是非常注重实操性和方法论的构建。比如,关于分子动力学模拟(MD)的算法选择、能量最小化策略的效率评估,以及如何处理边界条件以避免周期性边界带来的伪影,这些细节处理得极为到位。我特别欣赏它对“真实性”与“计算成本”之间权衡的探讨。模拟固然强大,但如何确保模拟结果能有效映射到宏观的物理世界,中间的桥梁构建才是关键。书中大量的图表和案例分析,清晰地展示了不同模拟参数对最终结果的影响,这对于任何想把理论知识转化为实际计算模型的工程师或研究人员来说,都是一份宝贵的指南。它不仅仅是教你“怎么做”,更重要的是让你理解“为什么这么做”。

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It was recommended by my prof for my independent research. Straight forward explanation, but fundamental knowledge of physical chemistry and programming are prerequisites.

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It was recommended by my prof for my independent research. Straight forward explanation, but fundamental knowledge of physical chemistry and programming are prerequisites.

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行业圣经级别的教材,虽然古董但还是得看啊

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MD经典

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这个比Frenkel的那本胜在了分析深度,但没题目练习、编排也相当紧巴巴,一不留神眼睛就看瞎的节奏。。。

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