复杂体系电子结构和动力学会议

正2019年4月25～28日,北京师范大学化学学院、理论与计算光化学教育部重点实验室方维海院士和崔刚龙教授课题组,在北京师范大学举办"复杂体系电子结构和动力学"国际学术研讨会(Symposium on Electronic Structure and Dynamics of Complex Systems)。此次研讨会是由中国科学院方维海院士、德国科学院Walter Thiel院士和化学学院崔刚龙教授发起的一个展示理论及计算化学家在复杂体系的电子     

耗散粒子动力学的发展与应用简述

耗散粒子动力学作为一种介观尺度的模拟方法已经形成了自己的体系,由于在模拟复杂流体方面的优势,一直受到国内外学者的关注,因此简述耗散粒子动力学的发展与应用是有一定必要性的,文章首先介绍耗散粒子动力学（dissipative paticle dynamics,DPD）的发展以及耗散粒子动力学的提出、理论模型、积分方法等,接着简述耗散粒子动力学在各领域的应用.最后总结DPD的发展与应用概况.     

新三维非线性混沌系统的动力学分析

基于动力系统的理论和方法,采用理论分析和Matlab仿真相结合的方式,在已有文献研究的基础上,研究了一个新三维混沌系统的复杂动力学行为,包括混沌系统的散度和吸引子的存在性、平衡点及其数目、全局吸引域、对称性和正向不变集等.该研究结果是已有文献的推广,Matlab模拟验证了计算理论的正确性.     

科技要闻

计算四原子反应体系微分截面把量子动力学研究从三原子反应体系扩展到四原子反应体系绝对不是一项简单的任务。中国科学院大连化学物理研究所研究员张东辉、杨学明等经过长期研究,发展完善了一套有效的四原子态-态量子动力学理论与计算方法。研究人员构造了一个四原子OH3体系     

燃烧数值模拟中的复杂化学反应机理处理方法

燃烧数值模拟有助于认识诸如点火、火焰传播、火焰不稳定、熄火、湍流与火焰相互作用等基础燃烧过程、揭示其中的燃烧机理,是开发新型替代燃料和高性能燃烧器的重要研究手段.然而,燃烧过程涉及的广泛时空尺度和复杂物理化学过程给其数值模拟带来了巨大挑战.为了实现燃烧过程的高效精确数值模拟,必须解决复杂化学反应机理导致刚性问题和数值求解方程过多的问题.本文介绍了复杂化学反应机理处理方法的研究进展、化学反应机理简化方法和自适应化学反应机理(针对复杂化学反应机理导致数值求解方程过多的问题)、几种常用的高效积分算法和降维/重构方法(针对复杂化学反应机理导致常微分方程组刚性问题).为了有效地模拟多尺度燃烧过程,接下来需要进一步发展和综合应用自适应网格技术、高效积分算法与自适应时间步长技术、化学反应机理简化与自适应化学反应机理技术、以及自适应物理/化学模型技术.     

荧光涨落谱的Monte Carlo模拟与应用

荧光涨落谱(Fluorescence Fluctuation Spectroscopy, FFS)技术测量微小区域内扩散粒子的浓度和各种动力学参数, 具有灵敏度高、可以针对活生物体系实时测量的特点, 适用于动态观测特定微小区域中荧光标记生物分子的浓度、质量、体积和结构的变化, 获得活细胞内生物大分子相互作用的信息. 介绍荧光涨落谱实验的Monte Carlo模拟方法, 通过模拟粒子的扩散运动以及荧光激发和收集过程, 预测不同实验体系的荧光涨落谱特征. 利用这种方法可以分析不同实验因素对荧光涨落谱的影响, 验证不同理论计算模型的效果, 为分析、处理复杂生物体系的实验数据提供帮助. 对模拟程序所基于的物理和数学模型进行了介绍, 并结合一些特殊体系中的应用, 对模拟的效果和可靠性进行了多种方式的验证, 得到了与理论分析相符的结果.     

开放量子体系的级联运动方程理论方法进展

级联运动方程组方法已成为研究量子开放体系性质和动力学的重要方法.本文介绍了该方法的建立与发展,阐述了其在基础理论、数值算法、实际应用等方面的最新进展.级联运动方程具有理论严格性、数值高效性、应用灵活性.它以非微扰的方式揭示了多体相互作用、体系-环境耦合、非马尔可夫记忆效应等的综合影响.最近研究还证明了级联运动方程是描述体系-环境关联动力学的理论.本文继而讨论了级联方程组理论方法在生物体系的光激发能量传递和强关联电子体系中的量子输运等方面的应用.     

耦合详细化学动力学的HCCI发动机工作过程三维数值模拟

将详细化学动力学的HCCI单区模型嵌入三维流体力学程序中，取代传统内燃机三维数值模拟中简化燃烧模型，利用详细化学反应动力学计算三维燃烧过程，建立三维CFD耦合详细化学反应动力学模型.生成了带复杂进气道的实际燃烧系统的贴体计算网格，建立了缸内直喷HCCI燃烧系统进气-喷雾-混合气形成-压缩-燃烧工作过程的模型.为满足模拟整个HCCI发动机物理化学过程（包括进气，压缩，喷雾，燃烧和排放）执行时间的要求，提出了一套能使计算工作量大为减少的详细化学反应动力学与三维CFD耦合的模拟策略，利用试验方法确定计算边界条件，预测了进气-喷雾-燃烧-排放的HCCI发动机工作过程，通过发动机台架试验对比验证了模型的准确性.     

分子体系模拟实用简介第二版

随着计算机技术的蓬勃发展,分子模拟在材料科学、物理、化学和生物学领域正扮演着越来越重要的角色。本书是第二版,广泛地介绍了原子尺度的分子模拟技术。第一部分集中于分子体系势能的计算方法,较第一版增加了量子化学（QM）、分子力学（MM）和QM／MM混合势的章节。第二部分介绍体系构象、动力学和热力学性质的研究方法,     

可动凝胶体系非线性渗流数学模型

为进一步研究油田开发渗流中可动凝胶驱的力学行为特征,在实验研究基础上,通过对渗流机理、渗流规律的分析,研究可动凝胶体系非线性渗流力学行为,揭示可动凝胶体系的渗流特征。结合实验,对可动凝胶流动机理和物理化学性质的研究,根据质量传输流体力学、化学动力学的深入研究,系统地建立了可动凝胶体系驱油渗流数学模型。从而,系统的刻画了可动凝胶体系驱油这一复杂渗流流动数学描述难题,完善可动凝胶体系渗流的理论,为今后可动凝胶体系驱油数值模拟研究和现场应用提供了理论基础。     

化学反应机制的电子结构计算和动力学模拟?北京师范大学的量子化学

在北京师范大学120周年校庆暨化学学科建立110周年之际,本文将结合量子化学群体的研究工作,概要介绍化学反应理论与机制的研究进展．一方面简要回顾化学键理论和分子轨道自洽场计算,重点关注热化学反应途径、能量分解和价轨道赝势从头算等;另一方面围绕激发态电子结构计算和光化学反应机制,探究其核心科学问题,即多态交叉和非绝热动力学．并对量子计算机时代的量子化学的发展前景进行了展望．      

Gaussview和Gaussian 03在分子对称性教学中的应用

在结构化学分子对称性教学中应用Gaussview和Gaussian 03系列计算化学软件创建、计算并展示分子的微观结构,使抽象的化学理论变得形象、简单。这有利于培养学生的空间思维和形象思维能力,提高了课堂教学效果,激发学生对理论化学的学习兴趣。     

论绿色化学的物质转化理论基础

绿色化学已历经十余年的研究实践 ,但绿色化学的物质转化基础理论尚未作过系统性分析 .从物质的化学转化体系与自然环境系统的关系出发 ,提出绿色化学的物质转化的充要条件、环境负载最小化原理和循环再生原理作为绿色化学的物质转化理论基础     

利用计算化学手段推进电子密度概念在有机化学反应中的应用

针对有机化学的教学特点,结合现代化学的发展,基于计算化学相关理论强调了电子密度概念在有机化学基本反应中的重要性.通过处理计算化学程序的输出结果,得到了有机分子的轨道电子密度图,为有机化学的教学提供了有益的帮助.     

从2013年诺贝尔化学奖浅析理论和计算化学发展前景

 2013年诺贝尔化学奖授予Martin KarpIus,Michael Levitt和Arieh Warshel,以表彰他们对“发展复杂化学体系的多尺度模型”的贡献。3位获奖者的研究建立在理论与计算化学的发展基础之上,而2013年诺贝尔化学奖授予理论化学研究对理论化学工作者而言具有特殊意义,据此本文做了全面阐述。     

药学专业物理化学理论教学与科研实践相结合的教学模式的构建

物理化学是药学专业学生的一门重要的专业基础课和必修课。针对物理化学的理论教学与药学专业实践和科研相脱节的现状,提出了物理化学理论教学与科研实践相结合的教学模式。这种教学模式的构建不仅能够提高学生的学习兴趣,加深学生对理论知识的理解和运用,而且能够培养学生的创新思维,为其今后从事科研、技术研发奠定理论基础和实践能力。     

理论是科学发展的关键

 理论思维是科学发展的关键。造纸术、指南针、火药、印刷术是中国古代四大发明，但从唐代到清代却无多少相关理论研究。列举了现代化学中一些精辟的理论例证，说明了理论的重要性。     

高碱煤中NaCl与水冷壁吸附作用的量子化学研究

利用量子化学理论,采用广义梯度近似(GGA)及Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)算法,分别对NaCl(110)在Fe2O3(110),Al2O3(110),NiO(110)的吸附作用进行计算.结果表明Fe2O3(110)与NaCl(110)的吸附能为-1 592.576 9eV,Al2O3(110)与NaCl(110)的吸附能为-348.856eV,NiO(110)与NaCl(110)的吸附能为-16.022 9eV.由吸附能越大,吸附结构越稳定,结渣、沾污情况越严重可知,吸附能的大小与煤结渣量的多少呈正相关,说明可以通过量子化学的理论计算,对煤的熔融结渣性能进行有效预测.     

基于叶素-动量理论的冷却风扇风量计算方法

将风力机经典叶素-动量理论应用于车用轴流式冷却风扇,建立了冷却风扇几何参数、风扇转速与风量的关系理论模型.该模型根据冷却风扇与风力机能量转换的差异,对经典叶素-动量在叶素载荷方向、出入口边界条件等方面进行了修正.随后,基于实验测量和计算流体力学的方法对风扇风量理论计算模型进行了验证.结果表明,风扇风量的理论计算方法不仅能够反映风量随风扇转速的变化规律,且具备较高的计算精度.在该模型中,理论算法与实验结果的平均相对误差为3.57%,与计算流体力学所得结果的平均相对误差为5.03%.     

试论在基础化学教学中实施化学学科素质教育

随着科学技术的发展变化,化学学科知识在农林院校相关专业中的应用也与日俱增。作为一名化学教育工作者,如何在化学教学与科研中提高学生的化学素质,贯穿化学学科与相关专业的联系与发展,让化学学科知识更贴近生活,应用于生活,提高当代大学生的科学文化素质,为国家培养更多更好的应用型、复合型人才。本文就此在基础化学理论教学、实验教学、第二课堂教学内容及其要求方面作了一些探索与实践。