THE ROBUSTNESS ASSESSMENT FOR EVENT DRIVEN MOLECULAR DYNAMICS BY CALCULATING SPEED OF SOUND

Event-driven moleculardynamics (EDMD) is a special application of Molecular Dynamics (MD) derivedfrom kinetic theory of gases. Whileclassical solution of Navier-Stokes equations fails at high Knudsen (Kn) numberflows, EDMD is valid on entire regime. Interaction potentials are considereddiscrete and exist only at the moment of impact. Hence, molecule trajectoriesare linear. Unlike the classical MD, this helps to simulate bigger systems.Molecular interactions, interaction times and partners can be predicteddeterministically. Diatomic and polyatomic molecules are handled by animplemented energy relaxation scheme. Calculation of possible event times anddetermination of the earliest are the most time-consuming steps of thesimulation. In order to improve computational speed, a cell partitioningmethodology and a priority queue structure are implemented in this study. Theeffect of the implementations on the performance is investigated and optimumsimulation parameters are determined; when using PQ, number of cells must begreater than the number of molecules for maximum computational speed.Robustness assessments for the implementations are conducted with a real-worldproblem. Extreme density difference in confined geometries has vast usage inengineering and is also a good example of stress test because of its complexnature. This paper addresses the calculation of sound speed in a shock tubefilled with a diatomic gas by using EDMD simulations. The robustness isvalidated since the results agrees perfectly with the theoretical values.
Olay güdümlü molekülerdinamik (OGMD) gazların kinetik teorisinden türetilen moleküler dinamiğin (MD)özel bir uygulamasıdır. Navier-Stokes denklemlerinin klasik çözümü yüksekKnudsen (Kn) akışlarında başarısız olurken, OGMD tüm akış rejimi içingeçerlidir. Etkileşim potansiyellerinin süreksiz ve sadece temas anında mevcutolduğu kabul edilir. Bu sayede molekülyörüngeleri doğrusaldır. Bu klasik MD’nin aksine büyük sistemlerinsimülasyonunu mümkün kılar. Molekül etkileşimleri, etkileşim zamanları ve çiftlerideterministik olarak öngörülebilirdir. Diatomik ve poliatomik molekülleruyarlanan bir enerji gevşeme düzeni ile modellenir. Muhtemel olay zamanlarınınhesabı ve en erken olanın seçimi simülasyonun en çok zaman alan adımlarıdır.Hesaplama hızını geliştirmek amacıyla bu çalışmada bir hücre bölümlememetodolojisi ve öncelik kuyruğu yapısı simülasyona uyarlanmıştır. Uyarlamalarınperformans üzerine etkileri incelenmiş ve optimum süreç parametreleribelirlenmiştir; öncelik kuyruğunun kullanılması durumunda maksimum hesaplamaperformansı için hücre sayısının molekül sayısından fazla olması gerekmektedir.Uyarlamaların sağlamlık değerlendirmesi gerçek bir problem ile yapılmıştır.Kapalı geometrilerdeki aşırı yoğunluk farkı mühendislikte geniş bir kullanımalanı bulmakla birlikte karmaşık doğasından dolayı stres testi için uygun birörnektir. Bu çalışma OGMD simülasyonları kullanarak diatomik bir gaz iledoldurulmuş şok tüpünde ses hızının hesaplanmasını ele almaktadır. Sonuçlarınteorik değerlerle mükemmel olarak uyum göstermiş olması sağlamlığı doğrulamaktadır.