一种聚合反应动力学过程蒙托卡罗模拟的并行计算方法

摘要

本发明涉及一种聚合反应动力学过程的蒙托卡罗模拟并行计算方法，包括如下步骤：将模拟的聚合反应体系划分成若干个独立的子体系，分散到多个CPU上进行运算，运算结果进行全局统计；其中并行运算机制有两条路线，一是在各个CPU上分别模拟单个子体系的聚合反应状况，每隔一定的运算时间，全局平均统计反应程度和反应体系信息，以此作为整个聚合反应体系的模拟状态；二是在各个CPU上分别模拟单个子体系的聚合反应状况，每隔一定的运算时间，聚合反应信息经全局平均后重新划分成同样数目的子体系并随机分配到各个CPU上，以此实现并行体系的反应状态和信息平均。该模拟方法能够避免由于模拟体系尺寸过小引起的模拟状况与实际体系差距过大的情况。

主权项

一种聚合反应动力学过程的蒙托卡罗模拟并行计算方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)预先确定待模拟的聚合体系所有可能发生的化学反应，根据实验数据和经验设置模拟体系的引发剂、单体浓度，各种基元反应的类型和发生概率；(2)设置模拟聚合反应工艺过程和实施条件的参数，包括：反应的体系的边界条件，单体和引发剂的加料方式；(3)聚合反应的蒙托卡罗模拟步骤是：(a)根据(1)和(2)中所述内容确定模拟体系的各类参数，建立研究的计算模型；在确定尺寸的模拟体系中，均匀排列粗粒化的引发剂和单体粒子；(b)通过随机数发生器，随机选择一个运动单元(引发剂、单体粒子或分子链上某个链节单元)和运动方向，判断运动方向和距离上是否有空格或粗粒化的体系粒子，如果有空格，则进行蒙托卡罗运动；如果为粗粒化的体系粒子则进行如(c)所述的聚合反应判断；(c)聚合反应判断步骤为：如果体系粒子为自由基活性种(裂解的引发剂，链自由基)则发生聚合反应(d)；如果为其他无活性的粒子(未裂解的引发剂，分子链中的链节单元，发生终止反应的链端)则退出判断，重新进行(b)中所述运动；(d)两自由基在成键距离内，以反应概率进行判断是否可以发生反应；如反应概率允许，将两种自由基粒子连接成链，聚合反应活性转移到链末端；如反应概率不允许，则退回(b)重新进行运动判断；(e)模拟结果统计方法：利用指针数组记录运动单元(引发剂、单体粒子或分子链上某个链节单元)和分子链的信息，经过一定运动和反应尝试步骤后，统计体系中残余单体的数目，计算单体转化率；统计分子链的数目、每条分子链的链节单元数，计算分子量和分子量分布；(4)并行计算方法：(a)将模拟体系划分成多个独立的子体系，引发剂和单体粒子以相同比例分散到多个CPU上，将(1)和(2)中所述的参数赋予每个子体系，通过随机运动产生不同的初始反应状态；(b)并行机制有两条路线：一是在各个CPU上分别模拟一个子体系的聚合反应状况，模拟步骤同(3)，每隔一定的运算时间，全局平均统计反应程度和反应体系信息；二是在各个CPU上分别模拟一个子体系的聚合反应状况，每隔一定的运算时间，聚合反应信息经全局平均后重新随机划分子体系并再次分配到各个CPU上进行模拟，以此实现并行体系的反应状态和信息平均；(5)设计有实验数据印证的简单聚合反应模拟体系，将模拟结果与实验结果进行验证比较，以调整模拟体系参数和运动设置；将验证后的模型和参数引入复杂聚合反应体系，用于研究难以通过实验方法直接观测的复杂聚合反应动力学过程。