doc/src/compute_temp_profile.txt

   1 "LAMMPS WWW Site"_lws - "LAMMPS Documentation"_ld - "LAMMPS Commands"_lc :c
   2
   3 :link(lws,http://lammps.sandia.gov)
   4 :link(ld,Manual.html)
   5 :link(lc,Section_commands.html#comm)
   6
   7 :line
   8
   9 compute temp/profile command :h3
  10
  11 [Syntax:]
  12
  13 compute ID group-ID temp/profile xflag yflag zflag binstyle args :pre
  14
  15 ID, group-ID are documented in "compute"_compute.html command :ulb,l
  16 temp/profile = style name of this compute command :l
  17 xflag,yflag,zflag = 0/1 for whether to exclude/include this dimension :l
  18 binstyle = {x} or {y} or {z} or {xy} or {yz} or {xz} or {xyz} :l
  19   {x} arg = Nx
  20   {y} arg = Ny
  21   {z} arg = Nz
  22   {xy} args = Nx Ny
  23   {yz} args = Ny Nz
  24   {xz} args = Nx Nz
  25   {xyz} args = Nx Ny Nz
  26     Nx,Ny,Nz = number of velocity bins in x,y,z dimensions :pre
  27
  28 zero or more keyword/value pairs may be appended :l
  29 keyword = {out} :l
  30   {out} value = {tensor} or {bin} :pre
  31 :ule
  32
  33 [Examples:]
  34
  35 compute myTemp flow temp/profile 1 1 1 x 10
  36 compute myTemp flow temp/profile 1 1 1 x 10 out bin
  37 compute myTemp flow temp/profile 0 1 1 xyz 20 20 20 :pre
  38
  39 [Description:]
  40
  41 Define a computation that calculates the temperature of a group of
  42 atoms, after subtracting out a spatially-averaged center-of-mass
  43 velocity field, before computing the kinetic energy.  This can be
  44 useful for thermostatting a collection of atoms undergoing a complex
  45 flow, e.g. via a profile-unbiased thermostat (PUT) as described in
  46 "(Evans)"_#Evans.  A compute of this style can be used by any command
  47 that computes a temperature, e.g. "thermo_modify"_thermo_modify.html,
  48 "fix temp/rescale"_fix_temp_rescale.html, "fix npt"_fix_nh.html, etc.
  49
  50 The {xflag}, {yflag}, {zflag} settings determine which components of
  51 average velocity are subtracted out.
  52
  53 The {binstyle} setting and its {Nx}, {Ny}, {Nz} arguments determine
  54 how bins are setup to perform spatial averaging.  "Bins" can be 1d
  55 slabs, 2d pencils, or 3d bricks depending on which {binstyle} is used.
  56 The simulation box is partitioned conceptually into {Nx} by {Ny} by
  57 {Nz} bins.  Depending on the {binstyle}, you may only specify one or
  58 two of these values; the others are effectively set to 1 (no binning
  59 in that dimension).  For non-orthogonal (triclinic) simulation boxes,
  60 the bins are "tilted" slabs or pencils or bricks that are parallel to
  61 the tilted faces of the box.  See the "region prism"_region.html
  62 command for a discussion of the geometry of tilted boxes in LAMMPS.
  63
  64 When a temperature is computed, the center-of-mass velocity for the
  65 set of atoms that are both in the compute group and in the same
  66 spatial bin is calculated.  This bias velocity is then subtracted from
  67 the velocities of individual atoms in the bin to yield a thermal
  68 velocity for each atom.  Note that if there is only one atom in the
  69 bin, its thermal velocity will thus be 0.0.
  70
  71 After the spatially-averaged velocity field has been subtracted from
  72 each atom, the temperature is calculated by the formula KE = (dim*N
  73 - dim*Nx*Ny*Nz) k T/2, where KE = total kinetic energy of the group of
  74 atoms (sum of 1/2 m v^2), dim = 2 or 3 = dimensionality of the
  75 simulation, N = number of atoms in the group, k = Boltzmann constant,
  76 and T = temperature.  The dim*Nx*Ny*Nz term are degrees of freedom
  77 subtracted to adjust for the removal of the center-of-mass velocity in
  78 each of Nx*Ny*Nz bins, as discussed in the "(Evans)"_#Evans paper.
  79
  80 If the {out} keyword is used with a {tensor} value, which is the
  81 default, a kinetic energy tensor, stored as a 6-element vector, is
  82 also calculated by this compute for use in the computation of a
  83 pressure tensor.  The formula for the components of the tensor is the
  84 same as the above formula, except that v^2 is replaced by vx*vy for
  85 the xy component, etc.  The 6 components of the vector are ordered xx,
  86 yy, zz, xy, xz, yz.
  87
  88 If the {out} keyword is used with a {bin} value, the count of atoms
  89 and computed temperature for each bin are stored for output, as an
  90 array of values, as described below.  The temperature of each bin is
  91 calculated as described above, where the bias velocity is subtracted
  92 and only the remaining thermal velocity of atoms in the bin
  93 contributes to the temperature.  See the note below for how the
  94 temperature is normalized by the degrees-of-freedom of atoms in the
  95 bin.
  96
  97 The number of atoms contributing to the temperature is assumed to be
  98 constant for the duration of the run; use the {dynamic} option of the
  99 "compute_modify"_compute_modify.html command if this is not the case.
 100
 101 The removal of the spatially-averaged velocity field by this fix is
 102 essentially computing the temperature after a "bias" has been removed
 103 from the velocity of the atoms.  If this compute is used with a fix
 104 command that performs thermostatting then this bias will be subtracted
 105 from each atom, thermostatting of the remaining thermal velocity will
 106 be performed, and the bias will be added back in.  Thermostatting
 107 fixes that work in this way include "fix nvt"_fix_nh.html, "fix
 108 temp/rescale"_fix_temp_rescale.html, "fix
 109 temp/berendsen"_fix_temp_berendsen.html, and "fix
 110 langevin"_fix_langevin.html.
 111
 112 This compute subtracts out degrees-of-freedom due to fixes that
 113 constrain molecular motion, such as "fix shake"_fix_shake.html and
 114 "fix rigid"_fix_rigid.html.  This means the temperature of groups of
 115 atoms that include these constraints will be computed correctly.  If
 116 needed, the subtracted degrees-of-freedom can be altered using the
 117 {extra} option of the "compute_modify"_compute_modify.html command.
 118
 119 NOTE: When using the {out} keyword with a value of {bin}, the
 120 calculated temperature for each bin does not include the
 121 degrees-of-freedom adjustment described in the preceeding paragraph,
 122 for fixes that constrain molecular motion.  It does include the
 123 adjustment due to the {extra} option, which is applied to each bin.
 124
 125 See "this howto section"_Section_howto.html#howto_16 of the manual for
 126 a discussion of different ways to compute temperature and perform
 127 thermostatting.  Using this compute in conjunction with a
 128 thermostatting fix, as explained there, will effectively implement a
 129 profile-unbiased thermostat (PUT), as described in "(Evans)"_#Evans.
 130
 131 [Output info:]
 132
 133 This compute calculates a global scalar (the temperature).  Depending
 134 on the setting of the {out} keyword, it also calculates a global
 135 vector or array.  For {out} = {tensor}, it calculates a vector of
 136 length 6 (KE tensor), which can be accessed by indices 1-6.  For {out}
 137 = {bin} it calculates a global array which has 2 columns and N rows,
 138 where N is the number of bins.  The first column contains the number
 139 of atoms in that bin.  The second contains the temperature of that
 140 bin, calculated as described above.  The ordering of rows in the array
 141 is as follows.  Bins in x vary fastest, then y, then z.  Thus for a
 142 10x10x10 3d array of bins, there will be 1000 rows.  The bin with
 143 indices ix,iy,iz = 2,3,4 would map to row M = (iz-1)*10*10 + (iy-1)*10
 144 + ix = 322, where the rows are numbered from 1 to 1000 and the bin
 145 indices are numbered from 1 to 10 in each dimension.
 146
 147 These values can be used by any command that uses global scalar or
 148 vector or array values from a compute as input.  See "this
 149 section"_Section_howto.html#howto_15 for an overview of LAMMPS output
 150 options.
 151
 152 The scalar value calculated by this compute is "intensive".  The
 153 vector values are "extensive".  The array values are "intensive".
 154
 155 The scalar value will be in temperature "units"_units.html.  The
 156 vector values will be in energy "units"_units.html.  The first column
 157 of array values are counts; the values in the second column will be in
 158 temperature "units"_units.html.
 159
 160 [Restrictions:]
 161
 162 You should not use too large a velocity-binning grid, especially in
 163 3d.  In the current implementation, the binned velocity averages are
 164 summed across all processors, so this will be inefficient if the grid
 165 is too large, and the operation is performed every timestep, as it
 166 will be for most thermostats.
 167
 168 [Related commands:]
 169
 170 "compute temp"_compute_temp.html, "compute
 171 temp/ramp"_compute_temp_ramp.html, "compute
 172 temp/deform"_compute_temp_deform.html, "compute
 173 pressure"_compute_pressure.html
 174
 175 [Default:]
 176
 177 The option default is out = tensor.
 178
 179 :line
 180
 181 :link(Evans)
 182 [(Evans)] Evans and Morriss, Phys Rev Lett, 56, 2172-2175 (1986).