GROMACS 中分段推进的 NEMD 蒸发模拟合理性

周宇

感谢sob老师此前的指点，我目前在用gromacs做液氨气液界面非平衡蒸发/冷凝的分子动力学模拟，想请教一种分段推进的 NEMD 处理方式是否合理。

我的体系是液氨 slab，两侧为气相区域，我需要在模拟过程中需要持续删除越过蒸发边界（这个蒸发边界的位置也是会一直改变的）的分子以实现非平衡蒸发。因此体系原子数和拓扑会随时间变化，无法直接使用普通 .cpt checkpoint 做完全连续的长时间续跑。

目前我的做法是把整个 NEMD 模拟分成很多短段推进。我生产阶段一共需要800ps，每次运行 1 ps，每1ps结束后输出 segment.gro、.trr 和 .tpr。
再进入下一ps前，用上一段末帧 .gro 作为新的初始结构，通过 Python 脚本识别气液界面位置，并据此计算蒸发删除边界和内部控温区域范围，同时更新用于控温的分子组索引。若删除超出了蒸发边界的NH3 分子，并同步更新 .top、.ndx 和分子编号映射文件。随后再用更新后的结构、拓扑和 index 重新 grompp，开始下一段 1 ps 的模拟。

为了尽量保证分子轨迹统计的连续性，我做了以下处理：

• 每段末帧的原子坐标和速度通过 .gro 传递给下一段，因此未删除分子的坐标和速度在相邻段之间是连续推进的。
• 由于删除分子后 GROMACS 的局部原子编号会变化，我额外维护了一个 global_mol_id，用于追踪同一个真实 NH3 分子在不同 segment.gro 中的身份。
• 每段都输出该段的 Nmap_i.csv记录该段中每个 NH3 的 global_mol_id、局部分子编号和 N 原子编号，后处理时可以把 seg_i.trr 和 Nmap_i.csv 一一对应起来。
• 对冷凝事件统计时，跳过相邻段之间重复的第一帧，避免把同一时间点重复计入。
  我需要分析的参数主要是根据分子的运动轨迹进行分析。
  

我理解这种方法并不等价于普通意义下的 checkpoint 续跑，因为每段都会删除分子、改变拓扑并重新 grompp。但在这种开放边界/虚拟真空 NEMD 问题中，体系本身就需要随时间删除分子并更新拓扑。因此我想请教：

• 这种“每段短时间推进 + 删除越界分子 + 更新拓扑 + 继续模拟”的方法，在开放边界蒸发 NEMD 中是否是合理的？
• 由于每段之间没有用 .cpt 续跑，而是通过 .gro 传递坐标和速度，这是否会对蒸发通量或冷凝停留时间统计造成明显系统误差？
• 对于这种需要删除分子的 NEMD，是否有更推荐的 GROMACS 实现方式？
  

我的理解是：只要未删除分子的坐标/速度连续传递，分子身份通过 global_mol_id 保持连续，轨迹后处理时正确处理 segment.gro 对应关系和重复帧，那么这种方法应该可以用于统计蒸发事件和冷凝碰撞事件。但我不确定这种分段推进方式是否会被认为在方法、计算原理上存在明显问题，请教一下各位老师。

sobereva

可以考虑真空层厚度弄得非常大，设置吸引墙，把蒸发出去的分子吸在wall上回不去，省得那么折腾