An Efficient Water Model for Large Scale Molecular Dynamics Simulations

Abstract

The development of simple and efficient model that correctly represent the important features of water is essential to overcome the limitations in time scale and system size currently encountered in atomistic molecular dynamics simulations. The proposed one site model includes Lennard-Jones interaction and the angular averaged dipole-dipole interaction. Experimental data of liquid water at various temperatures are used for parametrization of the model. The values of density were chosen as primary target properties. These properties cover a temperature range from 300 to 350 K and pressures up to 10.1 MPa. The model properties are compared with those obtained from experiment and from general purpose TIP4P/2005 model. The comparison shows that all chosen properties are quite well reproduced by the proposed model. Computational scheme that is used in simulations is also presented. The proposed water model repro- duces the key characteristics of liquid water while being computationally considerably more efficient than standard multi-site atomistic water models. The model is for use on large scale simulations of the fluid behavior in nanosized structures

В статье предлагается простая и эффективная, с вычислительной точки зрения, модель воды. Эта одноточечная модель включает в себя потенциал Леннард-Джонса и усреднённое по углам диполь-дипольное взаимодействие. Для параметризации модели используются эксперименталь- ные данные для воды при различных температурах. Основным целевым параметром была выбрана плотность воды. Параметризация проводилась в области температур от 300 до 350 K и давле- ний до 10.1 МПа. Свойства воды, вычисленные с помощью предлагаемой модели, сравниваются с экспериментальными данными и данными, полученными с помощью модели воды TIP4P/2005. Сравнение показывает, что предлагаемая модель достаточно хорошо воспроизводит выбранные свойства. В статье также приводится вычислительная схема метода молекулярной динамики для NPT ансамбля. Предлагаемая модель не только воспроизводит основные свойства воды, но и требует значительно меньше вычислений по сравнению со стандартными многоточечными мо- делями воды. Данная модель предназначена для моделирования больших молекулярных систем, возникающих в различных задачах наногидродинамики