lammps教程：NEMD方法计算热导率公式详解

使用lammps计算材料的热导率最常用的方法是NEMD，这种方法也称为“非平衡态”法。
所谓非平衡态是与平衡态相对的一种状态，在大多数的分子动力学模拟中需要进行驰豫，驰豫也称为“跑平衡”，是为了获得材料在平衡状态下的形态，此时，体系的温度和能量基本保持不变。
非平衡态与之相反，温度并不恒定，而是保持一定的梯度。
使用NEMD法计算热导率k，主要依据是傅里叶定律公式：
k=-dQ/(dT/dx)
其中：dQ为单位面积单位时间内通过的热流。
dT/dx为温度梯度。
从这个公式可以看出，需要一个稳定的温度梯度才能计算出热导率。
温度梯度可人为设定，常用的方法是体系中设置一个热源持续输入热量，设置一个冷源持续抽出热量，在高温区和低温区之间存在一个传热区，从而形成温度梯度。
在上一篇文章中，使用fix heat方法在实现了温度梯度。
下面主要讲解如何从模拟结果中计算出热导率。
1. 计算dQ
通过fix heat命令中的参数计算输入的总热量J。

fix 1 hot heat 1 1.0

例如上一句命令中，设置每1步输入热量为1，单位为ev/ps。模拟步长为0.001，模拟1000步（1ps）输入的热量J为1ev，在metal单位下，需将J乘以1.6e-7将单位转换为W。
计算传热方向的截面面积A（单位转为为m2），如果是周期性边界，传热方向为双向，再除以2，可得：

dQ=J/A/2

2.计算温度梯度dT/dX
使用compute chunk/atom和fix ave/chunk计算温度梯度，导出到temp.txt文件中。
绘制温度T-位移X曲线，求曲线斜率，该斜率即为dT/dX。
3.计算热导率
将以上数据带入k=-dQ/(dT/dx)
即可求得热导率。

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