一种基于受限空间内随机行走的仿真方法

摘要

本发明公开了一种基于受限空间内随机行走的仿真方法，用于模拟色谱、电泳、毛细管电泳、微流控等化学分离和分析问题，包括：周期性受限空间的建立，待分离粒子在周期单元中的自由空间内随机运动，待分离粒子与势垒碰撞时产生吸附现象，依据吸附能量的大小确定粒子在势垒壁上的停留时间，采用串行或并行方式对多个粒子在受限空间内的运动进行模拟，在分离粒子在随机运动的同时叠加一个定向的运动，其方向与分离粒子的流速方向一致，其速率与待分离粒子所受驱动力相关；采用串行或并行的方式对多个粒子在受限空间内的运动进行模拟。该方法略去了动力学模拟中冗余的过程细节，使计算大为简化，运行速度快，效率高，可在单位时间内模拟更多的步数或更长的时间。

主权项

一种基于受限空间内随机行走的仿真方法，用于模拟色谱、电泳、毛细管电泳、微流控等化学分离和分析问题，其特征在于，包括以下步骤：（1）将化学分离器件简化为具有周期结构的单元，单元中包含待分离粒子可以自由运动的有边界的空间，也包含或不包含粒子不可进入的势垒；（2）待分离粒子在周期单元中的自由空间内随机运动，其运动速度具有分布特征；（3）待分离粒子与势垒碰撞时产生吸附现象，由Frenkel表达式 t=t₀exp(Q/RT)确定待分离粒子在势垒壁上的停留时间，其中，Q为吸附能，R为气体常数，t₀为垂直表面的振动时间，t为停留时间，T是温度；（4）待分离粒子在随机运动的同时叠加一个定向的运动，其方向与分离粒子的流速方向一致，其速率与待分离粒子所受驱动力相关；（5）采用串行或并行的方式对多个粒子在受限空间内的运动进行模拟，这些粒子在给定时间内的运动距离的统计分布为分离器件内的浓度分布；粒子走完给定距离所需的时间统计分布模拟分离检测的信号。