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1億水分子での分子動力学シミュレーションによるマイクロ液滴の変形と分裂挙動の解明

通过 1 亿个水分子的分子动力学模拟阐明微滴的变形和破碎行为

基本信息

批准号：
21K03484
负责人：
古石貴裕
金额：
$ 2.58万
依托单位：
University of Fukui
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

1000万-1億水分子を用いた分子動力学(MD)シミュレーションにより、固体表面への水滴衝突の挙動を分子レベルで解析することを目指しており、プログラムの開発を続けている。これまでの研究で、シミュレーションプログラムの大規模水滴系への対応ができたため、6千水分子から、現在使用できる計算機で実行可能な最大となる500万水分子までの系で水滴衝突シミュレーションを行った。その結果、水滴に含まれる水分子数が100万を超えると、より現実に使いような固体表面衝突時の水滴の衝突や分裂過程を再現できることがわかった。これは、水滴が衝突で広がるときの液膜の厚さや分裂するとき小水滴の大きさよりも、十分大きなサイズの水滴を使用できるようになったためであると考えられる。現在使用できる計算機では1億水分子系の実行は難しいため、国内で最速のスーパーコンピュータである「富岳」を使うべく、一般試行課題に申請したところ、申請課題が採択されたため、シミュレーションプログラムの富岳への対応を行った。富岳の CPU は同時に複数の演算を行うSIMD演算機能が搭載されており、シミュレーションプログラムを自動でSIMD演算に対応させることができる。しかし、自動でのSIMD演算対応では機械的に計算をSIMD演算に置き換えるため、最適化には限界がある。そのため、自動ではなくMDシミュレーションで行う計算に合わせて、手動でSIMD演算に対応させた最適化を行ったところ、自動最適化に比べ約2.3倍の高速化を行うことができた。また、富岳において水分子数を増やしたテスト計算を行ったところ、目標としている1億水分子系でシミュレーションを実行することができた。ただし、研究で意味のある結果を得るためには、まだ実行速度が十分でないため、今後も引き続き富岳においてシミュレーションプログラムの高速化を行っていく予定である。

10 million to 100 million water molecules are used. Molecular dynamics (MD) シミュレーションにより、Solid surface へのWater Drop Clash の挙をmolecule レベルでANALYSIS することを Eye refers to しており, プログラムの开発を続けている.これまでの Research で, シミュレーションプログラムのLarge-scale water droplet system への対応ができたため, 6 thousand water molecules から, now When using a computer, it is possible to create a maximum of 5 million water molecules and a water droplet collision system. The result of その, the drop of water contains まれるThe number of water molecules が1 million をSuper えると, よりappears 実に使いThe collision and splitting process of water droplets when solid surfaces collide with each other is reproduced in this game.これは、water droplets conflict で広がるときのLiquid film の thick さや split するときsmall water droplets の大きさよりも、十大きなサイズの水dropを Use できるようになったためであると卡えられる. Currently using the できる computer, the 100 million water molecule system, the difficulty of running, and the fastest domestic のスーパーコンピュータである「Fuyue」うべく、General trial project application したところ、Application project が开択されたため、シミュレーションプログラムのFuyue への対応を行った. Fugaku's CPU It is equipped with Simultaneous Complex Number Calculation and SIMD Calculation function, and SimultaneレーションプログラムをAutomatic SIMD calculation に対応させることができる.しかし、Automatic でのSIMD calculation and 対応ではMechanical calculation をSIMD calculation and replacement えるため、Optimization にはlimit がある.そのため, automatic ではなくMD シミュレーションで行うcalculation に合わせて, manual でSIMD calculation に対応させたoptimization を行ったところ, automatic optimization に than べ is about 2.3 times faster and faster を行うことができた.また, Fugaku においてThe number of water molecules をincrease やしたテストcalculation を行ったところ, purpose The standard is としている100 million water molecules.ただし、Research means のある results をget るためには、まだ実行speed が十十でないため、From now onも英き続きFuyue においてシミュレーションプログラムのHigh-speed を行っていく氧ある.

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

tree法を用いた大規模水滴系の分子動力学シミュレーションIII

使用树法模拟大型水滴系统的分子动力学III

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
古石貴裕;野村昴太郎
通讯作者：
野村昴太郎

Wetting hysteresis induces effective unidirectional water transport through a fluctuating nanochannel

润湿滞后作用通过波动纳米通道诱导有效的单向水传输

DOI：
10.1039/d2nh00563h
发表时间：
2023
期刊：
Nanoscale Horizons
影响因子：
9.7
作者：
Arai Noriyoshi;Yamamoto Eiji;Koishi Takahiro;Hirano Yoshinori;Yasuoka Kenji;Ebisuzaki Toshikazu
通讯作者：
Ebisuzaki Toshikazu

Molecular Dynamics Simulation for Large-Scale Water Droplet Systems Using the Tree Method

使用树法模拟大型水滴系统的分子动力学