一种同位素轻组分分离仿真方法及系统与流程

1.本发明涉及同位素分离技术领域，更具体的说是涉及一种同位素轻组分分离仿真方法及系统。


背景技术：

2.同位素分离是研究同一元素的不同同位素之间的分离，被分离的同位素应属同一原子序数的同一元素，例如235u和238u的分离，1h、2d和3t间的分离。
3.同位素的主要用途有两方面，一是作为原子能工业的材料，二是作为示踪原子广泛应用于农业科学、医学、药理学、生物学、生命科学及环境保护等领域。同一元素的各种同位素有相同的核内质子数和核外电子数，故其化学性质极为相似，分离难度很大。但它们的核内中子数不同，因而其原子量不同，这就引起同位素或其分子在热力学性质上的差异，利用同位素间在物理性质和化学性质上的细微差别，可以达到分离的目的。同位素分离方法主要有：电磁分离、离心法、扩散、热扩散、电迁移、分子蒸馏、精馏、化学交换、萃取、吸收、吸附、色层、离子交换、结晶等。其中的化学交换和精馏法尤其适用于轻元素的同位素分离。
4.随着科技的不断发展，社会各领域对同位素的需求也与日俱增，在此情况下，找到高效、简便的方法分离同位素显得特别重要。但是，考虑到现实状况中同位素分离过程的复杂性、耗时性、以及实验装置的成本，对于同位素分离实验的开展和研究仍然存在很多的限制。因此，有必要提供一种同位素分离仿真方法及系统，实现同位素分离过程的模拟，更好的辅助研究人员开展同位素分离研究，找到高效、简便的分离方法。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种同位素轻组分分离仿真方法及系统，实现了同位素分离过程的模拟，能够辅助研究人员开展同位素分离研究，找到高效、简便的分离方法。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种同位素轻组分分离仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.步骤1、策划和设计同位素分离试验方案；
9.步骤2、基于所述同位素分离试验方案在仿真软件中构建同位素分离装置模型和操作流程模型；
10.步骤3、解析所述同位素分离试验方案中的属性规则，并基于所述属性规则在仿真软件中构建动态数学模型；
11.步骤4、结合同位素分离装置模型、操作流程模型和动态数学模型得到同位素分离试验仿真系统；
12.步骤5、通过输入设备设定仿真所需的运行参数，所述同位素分离试验的仿真系统根据所述运行参数进行仿真，并输出仿真结果。
13.优选的，所述同位素分离方法采用虚拟现实技术建立所述同位素分离装置模型并设置所述同位素分离装置模型的模型属性。
14.优选的，所述同位素分离方法还包括：将构建的所述同位素分离试验方案、所述同位素分离装置模型、所述操作流程模型、所述动态数学模型和所述同位素分离试验仿真系统存储于后台数据库中。
15.优选的，所述同位素分离方法还包括：直接选取后台数据库中存储的同位素分离试验仿真系统，并通过输入设备输入运行参数直接进行仿真实验。
16.优选的，所述同位素分离方法还包括仿真结果统计分析子步骤：步骤6：重复步骤5，改变输入运行参数的数值，获取不同输入参数下的仿真结果，通过各种统计分析手段从不同角度对仿真实验结果进行统计分析，分析出仿真中输入参数对不同实验指标的敏感程度，以及所述输入参数取值对实验指标的影响程度。
17.另一方面，本发明还公开了一种同位素轻组分分离仿真系统，包括设计模块、输入模块、仿真系统构建模块、运行模块以及输出模块；所述设计模块用于策划和设计同位素分离试验方案；所述输入模块用于输入仿真运行所需参数；所述运行模块用于根据所述输入模块输入仿真运行所需参数和所述融合单元构建的同位素分离试验仿真系统进行仿真运行；所述输出模块用于输出所述运行模块的仿真结果。
18.所述仿真系统构建模块包括第一模型构建单元、第二模型构建单元、第三模型构建单元和融合单元；所述第一模型构建单元用于根据所述同位素分离试验方案构建同位素分离装置模型，所述第二模型构建单元用于根据所述同位素分离试验方案构建操作流程模型，所述第三模型构建单元用于根据所述同位素分离试验方案中的属性规则构建动态数学模型，所述融合单元用于融合所述同位素分离装置模型、所述操作流程模型和所述动态数学模型得到同位素分离试验仿真系统。
19.优选的，所述同位素分离系统还包括后台数据库，所述仿真系统构建模块和所述输出模块分别连接所述后台数据库，所述后台数据库用于存储所述仿真系统构建模块构建的仿真模型和仿真系统、所述输出模块输出的仿真结果。
20.优选的，所述同位素分离系统还包括选择模块，所述选择模块与所述运行模块连接，所述运行模块与所述后台数据库连接，所述运行模块根据所述选择模块选择的仿真实验调取所述后台数据库中存储的仿真系统进行仿真实验。
21.优选的，所述同位素分离系统还包括模块数据处理模块和显示模块，所述数据处理模块分别与所述输出模块和所述后台数据库连接，所述显示模块分别与所述输出模块和所述数据处理模块连接，所述数据处理模块通过各种统计分析手段从不同角度对仿真实验结果进行统计分析，分析出仿真中输入参数对不同实验指标的敏感程度，以及所述输入参数取值对实验指标的影响程度，并发送至所述显示模块和所述后台数据库。
22.所述第一模型构建单元、所述第二模型构建单元和第三模型构建单元，分为多个构建子单元，用于将设计的试验方案分成多个模块进行构建。
23.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种同位素轻组分分离仿真方法及系统，通过模型构建模块可实现仿真模型的扩充、修改，灵活地适应需求，实现了同位素分离过程的模拟，能够辅助研究人员开展同位素分离研究，找到高效、简便的分离方法。本发明中还通过数据库存储了构建的仿真模型，能够直接选择构建后的仿真模型，通过改变输入参数进行多次仿真试验，大大提高了实验效率。本发明采用模块化设计，每个模块可以独立设计开发，模块的更改不影响其他模块的功能，具有较好的重用性和重组性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
25.图1为本发明中同位素轻组分分离仿真方法的流程图。
26.图2为本发明另一实施例中同位素轻组分分离仿真方法的流程图。
27.图3为本发明另一实施例中同位素轻组分分离仿真方法的流程图。
28.图4为本发明中同位素轻组分分离仿真系统一实施例的系统框架图。
29.图5为本发明中同位素轻组分分离仿真系统一实施例的系统框架图。
30.图6为本发明中同位素轻组分分离仿真系统一实施例的系统框架图。
31.图7为本发明中同位素轻组分分离仿真系统一实施例的系统框架图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.实施例1
34.如图1所示，本发明实施例公开了一种同位素轻组分分离仿真方法，包括以下步骤：
35.步骤1、策划和设计同位素分离试验方案。
36.具体地，选取同位素分离方式，包括：精馏、化学交换、萃取、吸收、吸附、离子交换、结晶、电解、光化学分离(包括激光分离)；根据试验原理分析影响同位素分离过程的因素；根据选取的分离方法以及影响因素选取所需要的装置，并完成分离试验方案的设计。
37.步骤2、基于同位素分离试验方案在仿真软件中构建同位素分离装置模型和操作流程模型；
38.步骤3、解析同位素分离试验方案中的属性规则，并基于属性规则在仿真软件中构建动态数学模型；
39.步骤4、结合同位素分离装置模型、操作流程模型和动态数学模型得到同位素分离试验仿真系统；
40.优选的，同位素分离方法可以采用虚拟现实技术建立同位素分离装置模型并设置同位素分离装置模型的模型属性。
41.也可以采用aspendynamics与aspenplus结合紧密，采用aspenplus软件进行低温精馏过程的稳态模拟研究，采用aspendynamics软件进行低温精馏过程的动态模拟研究。具体的，在aspenplus中对特定工艺过程进行稳态模拟或相应优化计算后，完成dynamic选项下必要的动态参数设定，即可生成相应的动态模拟文件；将该动态模拟文件在aspendynamics中打开，进行相关设定和编辑，从而实现对工艺过程的动态模拟研究。
42.步骤5、通过输入设备设定仿真所需的运行参数，同位素分离试验的仿真系统根据
运行参数进行仿真，并输出仿真结果。利用pro/engineer和eon虚拟现实软件制作完成，通过键盘控制可模拟进行试验装置的浏览，为了达到3d效果通过画图软件将三维实验视图转化成各个角度的png图片格式后导入到flash平台中，再通过时间轴进行动画播放达到3d效果。进一步地，利用hxml和actionscript语言来实现物体展示、场景表现以及人机交互功能，并通过服务器技术实现flex与后台的通信，基于flex的鼠标事件、sprite动画技术创建实验模型相关的操作过程，记录数据；当鼠标点击实验界面时，会产生相应的鼠标事件，根据事件和点击对象来判断显示数据表格界面，然后在相应的表格填入测量数据，记录实验数据。
43.优选的，同位素分离方法还包括：将构建的同位素分离试验方案、同位素分离装置模型、操作流程模型、动态数学模型和同位素分离试验仿真系统存储于后台数据库中。
44.如图2所示，另一实施例中，同位素分离方法还包括：直接选取后台数据库中存储的同位素分离试验仿真系统，并通过输入设备输入运行参数直接进行仿真实验。
45.如图3所示，另一实施例中，同位素分离方法还包括仿真结果统计分析子步骤：步骤6：重复步骤5，改变输入运行参数的数值，获取不同输入参数下的仿真结果，通过各种统计分析手段从不同角度对仿真实验结果进行统计分析，分析出仿真中输入参数对不同实验指标的敏感程度，以及输入参数取值对实验指标的影响程度。
46.实施例2
47.如图4所示，本发明还公开了一种同位素轻组分分离仿真系统，包括设计模块、输入模块、仿真系统构建模块、运行模块以及输出模块；设计模块用于策划和设计同位素分离试验方案；输入模块用于输入仿真运行所需参数；运行模块用于根据输入模块输入仿真运行所需参数和融合单元构建的同位素分离试验仿真系统进行仿真运行；输出模块用于输出运行模块的仿真结果。
48.仿真系统构建模块包括第一模型构建单元、第二模型构建单元、第三模型构建单元和融合单元；第一模型构建单元用于根据同位素分离试验方案构建同位素分离装置模型，第二模型构建单元用于根据同位素分离试验方案构建操作流程模型，第三模型构建单元用于根据同位素分离试验方案中的属性规则构建动态数学模型，融合单元用于融合同位素分离装置模型、操作流程模型和动态数学模型得到同位素分离试验仿真系统。
49.如图5所示，另一实施例中，同位素分离系统还包括后台数据库，仿真系统构建模块和输出模块分别连接后台数据库，后台数据库用于存储仿真系统构建模块构建的仿真模型和仿真系统、输出模块输出的仿真结果。
50.如图6所示，另一实施例中，同位素分离系统还包括选择模块，选择模块与运行模块连接，运行模块与后台数据库连接，运行模块根据选择模块选择的仿真实验调取后台数据库中存储的仿真系统进行仿真实验。
51.如图7所示，另一实施例中，同位素分离系统还包括模块数据处理模块和显示模块，数据处理模块分别与输出模块和后台数据库连接，显示模块分别与输出模块和数据处理模块连接，数据处理模块通过各种统计分析手段从不同角度对仿真实验结果进行统计分析，分析出仿真中输入参数对不同实验指标的敏感程度，以及输入参数取值对实验指标的影响程度，并发送至显示模块和后台数据库。
52.更进一步，在另一实施例中，第一模型构建单元、所述第二模型构建单元和第三模
型构建单元，分为多个构建子单元，用于将设计的试验方案分成多个模块进行构建。
53.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
54.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种同位素轻组分分离仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、策划和设计同位素分离试验方案；步骤2、基于所述同位素分离试验方案在仿真软件中构建同位素分离装置模型和操作流程模型；步骤3、解析所述同位素分离试验方案中的属性规则，并基于所述属性规则在仿真软件中构建动态数学模型；步骤4、结合同位素分离装置模型、操作流程模型和动态数学模型得到同位素分离试验仿真系统；步骤5、通过输入设备设定仿真所需的运行参数，所述同位素分离试验的仿真系统根据所述运行参数进行仿真，并输出仿真结果。2.根据权利要求1所述的一种同位素轻组分分离仿真方法，其特征在于，采用虚拟现实技术建立所述同位素分离装置模型并设置所述同位素分离装置模型的模型属性。3.根据权利要求1所述的一种同位素轻组分分离仿真方法，其特征在于，还包括：将构建的所述同位素分离试验方案、所述同位素分离装置模型、所述操作流程模型、所述动态数学模型和所述同位素分离试验仿真系统存储于后台数据库中。4.根据权利要求3所述的一种同位素轻组分分离仿真方法，其特征在于，还包括：直接选取后台数据库中存储的同位素分离试验仿真系统，并通过输入设备输入运行参数直接进行仿真实验。5.根据权利要求1所述的一种同位素轻组分分离仿真方法，其特征在于，还包括仿真结果统计分析子步骤：步骤6：重复步骤5，改变输入运行参数的数值，获取不同输入参数下的仿真结果，通过各种统计分析手段从不同角度对仿真实验结果进行统计分析，分析出仿真中输入参数对不同实验指标的敏感程度，以及所述输入参数取值对实验指标的影响程度。6.一种同位素轻组分分离仿真系统，其特征在于，包括设计模块、输入模块、仿真系统构建模块、运行模块以及输出模块；所述设计模块用于策划和设计同位素分离试验方案；所述仿真系统构建模块包括第一模型构建单元、第二模型构建单元、第三模型构建单元和融合单元；所述第一模型构建单元用于根据所述同位素分离试验方案构建同位素分离装置模型，所述第二模型构建单元用于根据所述同位素分离试验方案构建操作流程模型，所述第三模型构建单元用于根据所述同位素分离试验方案中的属性规则构建动态数学模型，所述融合单元用于融合所述同位素分离装置模型、所述操作流程模型和所述动态数学模型得到同位素分离试验仿真系统；所述输入模块用于输入仿真运行所需参数；所述运行模块用于根据所述输入模块输入仿真运行所需参数和所述融合单元构建的同位素分离试验仿真系统进行仿真运行；所述输出模块用于输出所述运行模块的仿真结果。7.根据权利要求6所述的一种同位素轻组分分离仿真系统，其特征在于，还包括后台数据库，所述仿真系统构建模块和所述输出模块分别连接所述后台数据库，所述后台数据库用于存储所述仿真系统构建模块构建的仿真模型和仿真系统、所述输出模块输出的仿真结果。
8.根据权利要求7所述的一种同位素轻组分分离仿真系统，其特征在于，还包括选择模块，所述选择模块与所述运行模块连接，所述运行模块与所述后台数据库连接，所述运行模块根据所述选择模块选择的仿真实验调取所述后台数据库中存储的仿真系统进行仿真实验。9.根据权利要求7所述的一种同位素轻组分分离仿真系统，其特征在于，还包括模块数据处理模块和显示模块，所述数据处理模块分别与所述输出模块和所述后台数据库连接，所述显示模块分别与所述输出模块和所述数据处理模块连接，所述数据处理模块通过各种统计分析手段从不同角度对仿真实验结果进行统计分析，分析出仿真中输入参数对不同实验指标的敏感程度，以及所述输入参数取值对实验指标的影响程度，并发送至所述显示模块和所述后台数据库。10.根据权利要求7所述的一种同位素轻组分分离仿真系统，其特征在于，所述第一模型构建单元、所述第二模型构建单元和第三模型构建单元，分为多个构建子单元，用于将设计的试验方案分成多个模块进行构建。

技术总结
本发明公开了一种同位素轻组分分离仿真方法，属于同位素分离技术领域，包括以下步骤：步骤1、策划和设计同位素分离试验方案；步骤2、基于同位素分离试验方案在仿真软件中构建同位素分离装置模型和操作流程模型；步骤3、解析同位素分离试验方案中的属性规则，并基于属性规则在仿真软件中构建动态数学模型；步骤5、结合同位素分离装置模型、操作流程模型和动态数学模型得到同位素分离试验仿真系统；步骤6、通过输入设备设定仿真所需的运行参数，同位素分离试验的仿真系统根据运行参数进行仿真，并输出仿真结果。本发明实现了同位素分离过程的模拟，能够辅助研究人员开展同位素分离研究，找到高效、简便的分离方法。简便的分离方法。简便的分离方法。


技术研发人员：刘振兴 王飞 胡石林 熊伟 徐鹏飞 马川 叶一鸣 吕卫星
受保护的技术使用者：安徽中核桐源科技有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/8/5