Microsoft Word Шилов монография окончательный

Используемое программное обеспечение 
Операционная система: Ubuntu Linux v.8.10. 
Механизм коммуникации: внутренние механизмы связи PVM, 
основанные на стандартном транспортном протоколе. 
Интерфейс управления кластером: консоль PVM 3.4.2, GNU 
bash, version 3.2.48. 
Компилятор: GCC (GNU Compiler Collection) v.4.3. 
Прикладные пакеты программного обеспечения: Gromacs 3.2.1. 
Основные положения 
Для описания движения атомов или частиц применяется 
классическая механика. Траекторию движения частиц рассчитывают 
при помощи аналитической механики. 

---

86 
Силы межатомного взаимодействия можно представить в форме 
классических потенциальных сил (как градиент потенциальной 
энергии системы). 
Точное знание траекторий движения частиц системы на 
больших промежутках времени не является необходимым для 
получения результатов макроскопического характера. 
Наборы конфигураций, получаемые в ходе расчетов методом 
молекулярной динамики, распределены в соответствии с некоторой 
статистической функцией, имеющей микроканонический вид. 
Ограничения применимости метода
Метод молекулярной динамики применим, если длина волны 
Де-Бройля атома (или частицы) много меньше, чем межатомное 
расстояние. Также классическая молекулярная динамика не применима 
для моделирования систем, состоящих из легких атомов, таких, как 
гелий или водород. Кроме того, при низких температурах квантовые 
эффекты становятся определяющими, и для рассмотрения таких 
систем следует использовать квантово-химические методы. Необходимо, 
чтобы времена, на которых рассматривается поведение системы, были 
больше, чем время релаксации исследуемых физических величин. 
Временные и пространственные параметры исследуемых систем 
Метод 
классической 
молекулярной 
динамики 
позволяет 
рассматривать системы, состоящие из десятков тысяч атомов на 
временах порядка сотен наносекунд. 

---

87 
Наиболее наглядными нам показались задачи моделирования 
диффузии в смеси метанола и воды, а также определения некоторых 
свойств самой воды. Для этого мы использовали пакет программного 
обеспечения Gromacs, кроме того, в данный набор включены тесты 
производительности 
распределенных 
систем, 
что 
дает 
нам 
возможность 
без 
дополнительных 
тестов 
получить 
оценку 
производительности нашей системы по международной методике. 
1. Начнем с определения свойств воды. 
а) 
Возьмем 
стандартный 
пример 
системы 
Gromacs, 
демонстрирующий моделирование поведения 216 молекул в кубе со 
стороной 1,86 нм. 
б) Далее создаем на основе файла топологии входной файл для 
программы расчета молекулярной динамики командой: 
$grompp –v –np 9, 
где 9 - количество узлов нашего кластера. 
в) Запускаем программу эмуляции: 
$mdrun –v –np 9. 
г) После расчета из выходных файлов извлекаем всю требуемую 
нам информацию. 
Например, получим радиальное распределение 
кислород-
кислород
. Файл .ndx содержит в одной группе все атомы кислорода, с 
помощью утилиты g_rdf извлечем эту информацию. При запуске 
программы требуется задать число групп для обсчета (в нашем 
случае 1). Далее с помощью пакета Grace визуализируем график и 
сохраняем его как изображение (рис. 25). 

---

88 
2. 
Теперь
наглядно 
продемонстрируем 
процесс 
диффузии 
метанол – вода
. Для 
этого в конфигурационном файле 
.mdp укажем температуру смеси. 
Для наглядности будем брать 
температуры: 
100К – вода и метанол в твердой фазе,
200К – метанол – жидкость, а вода – твердое вещество,
300К - оба вещества – жидкости,
400К – оба вещества - газ.
Аналогично первому примеру проводим расчет через mdrun и 
далее запускаем программу – визуализатор ngmx, выбираем 
параметры анимации. Демонстрируемые ролики соответствуют 
ожидаемому поведению системы. 
Отчет о производительности системы эксперимента 1 с 
временным интервалом шага 20 петасекунд и количеством шагов 
100000: 
 
Рис. 25. График радиального
распределения О-О 

---

89