Nová schopnost motoru urychluje pokročilý výzkum vozidel

Oak Ridge National Laboratory navrhuje neutronový výzkumný motor pro hodnocení nových pokročilých materiálů a designů vozidel s využitím funkcí zdroje Spallation Neutron Source společnosti ORNL. Půjčka Ill il Heman / ORNL, americké ministerstvo energetiky և Southwestern Research Institute

Vyšší energetická účinnost Při hledání moderních vozidel s extrémně nízkými emisemi výzkumníci z Národní laboratoře v Oak Ridge zrychlují výzkumný motor a poskytují vědcům a technikům nebývalý pohled na atomové hladiny spalovacích motorů v reálném čase.

Novinkou je motor navržený pro práci uvnitř speciálního neutronového paprsku. Tento neutronový motor poskytuje jedinečné konstrukční prostředí, které umožňuje studovat strukturální změny nových slitin určených pro prostředí s vysokými teplotami a pokročilým spalovacím motorem v realistických podmínkách.

ORNL poprvé představil tuto funkci v roce 2017, kdy vědci úspěšně vyhodnotili malý, vysokoteplotní prototypový motor vyrobený z nového vysokoteplotního hliníku a ceru legovaného s hlavou válců. směs byl vytvořen v laboratoři. Experiment byl první na světě, který testoval běžící motor pomocí neutronové difrakce pomocí neutronového difraktometru VULCAN na neutronovém zdroji ORNL Department of Energy nebo SNS.

Výsledky výzkumu zveřejněny Vědecký bulletin Národní akademie věd, nejen prokázal trvanlivost jedinečné slitiny, ale také demonstroval použití nedestruktivních metod pro analýzu nových materiálů, jako jsou neutrony.

Výzkumníci prototypových strojů

Výzkumníci z ORNL Martin Visink (L) և Ke An (R) spolupracovali s kolegy na konstrukci a testování prototypu spalovacího motoru VULCAN ve společnosti ORNL Spallation Neutron Source, což prokázalo novou nedestruktivní schopnost analyzovat pokročilé materiály : auta na atomové úrovni v realistických podmínkách. Půjčka Genevieve Martin / ORNL americké ministerstvo energetiky

Neutrony pronikají hluboko i přes husté kovy. Když neutrony rozptylují atomy v hmotě, dávají výzkumníkům strukturní informace až do atomového měřítka. V tomto případě vědci určili, jak fungují formy za pracovních podmínek, jako je vysoké teplo, extrémní napětí nebo napětí, aby detekovaly i ty nejmenší vady.

Úspěch experimentu přiměl společnost ORNL vyvinout cílený výzkumný engine pro celé odvětví pro použití ve VULCANU. Schopnost je založena na dvoulitrovém čtyřválcovém motoru automobilu, který byl upraven tak, aby fungoval na jednom válci, aby byla zachována oblast vzorku na linii paprsku. Platformu motoru lze otáčet kolem osy válce pro maximální flexibilitu měření. Motor je navržen pro výzkum neutronů, včetně použití chladicího oleje na bázi fluorokarbonu, který zlepšuje viditelnost spalovací komory.

Tato příležitost poskytne vědcům experimentální výsledky potřebné k rychlému a přesnému testování nových materiálů ke zlepšení výpočetních modelů vysoce věrného designu motoru.

„Průmysl, národní laboratoře a vědecké instituty po celém světě sledují proces přenosu tepla spalováním pevných látek do pevných motorů,“ řekl Martin Visink, vedoucí projektu ORNL. „Porozumění a optimalizace tohoto procesu může skutečně pomoci zlepšit tepelnou účinnost motorů.“

„Ale v současné době většina z těchto modelů nemá téměř žádná validační data in situ,“ dodal. „Cílem je úplně zmírnit napětí, teplotu tahu v celém rozsahu všech kovových částí spalovací komory.“

Motor byl vyvinut podle specifikací ORNL և je v současné době v závěrečné fázi vývoje v Southwest Research Institute և bude spuštěn v Národním dopravním výzkumném středisku DOE nebo NTRC v ORNL před jeho prvním použitím v SNS, které se očekává do roku 2021 konec NTRC i SNS jsou DOE uživatelské vědecké objekty, které umožňují vědcům z celého světa přístup k nejpokročilejším nástrojům moderní vědy.

Nástroj SNS VULCAN je ideální pro výzkum, protože pojme větší struktury, říká vedoucí vědecká pracovnice Ke Ann. VULCAN je určen pro studium deformací, fázových transformací, zbytkového napětí, mikrostruktury tkáně. Podle Ani budují platformu pro neutronový motor s novým výfukovým systémem a dalšími opravami, včetně nového ovládacího rozhraní motoru.

„To je to, co lidi nadchne a přináší výsledky na větším a nejmodernějším motoru,“ řekla Anne. Neutronový motor „poskytne uživatelům, kteří se snaží ověřit své modely, ještě více možností řešení problémů, jako je stres, napětí a teplota.“ Ukazuje přímou hodnotu neutronů pro produktivní sektor. “

Měření z neutronového motoru budou aplikována na vysoce výkonné počítačové nebo HPC modely vyvinuté vědci pro urychlení pokroku moderních spalovacích motorů.

Vědci se zajímají o přesné předpovědi jevů, jako jsou tepelné ztráty, hašení plamenem a odpařování paliva z válce, zejména při studených startech motoru, kdy jsou emise často nejvyšší. Očekává se, že data z neutronového motoru poskytnou nové pochopení toho, jak se mění teplota kovových součástí motoru během celého cyklu motoru.

Výsledné modely s vysokou věrností lze rychle spustit na superpočítačích, jako je Summit, nejrychlejší a nejzdravější počítač AI v zemi. Summit je v ORNL hostován jako Oak Ridge Leadership Computing Facility, který je také DOE Scientific User Facility.

„Překlenujeme tyto základní vědecké pokroky v softwaru, provádíme měření v reálných technických zařízeních, v systémech,“ řekl Visink. „Kompletní měření teploty namáhání komponent motoru component je něco, co dříve nebylo možné. Může mít tato data buď jako ověření, nebo jako hranice pro modely HPC, které lze sdílet s automobilovými výzkumníky. “

Neutronový motor zvyšuje schopnost jiných národních laboratoří ORNL vytvářet energeticky účinnější a ultra čisté motory, říká Robert Wagner, ředitel odboru dopravy ORNL.

„Schopnost motoru pracovat v neutronových paprskech nám umožňuje provádět bezprecedentní měření v realistických podmínkách motoru,“ řekl Wagner. Tato funkce přidává k homogenním zdrojům, které národní laboratoře přinášejí k rozvoji účinnosti a emisí spalovacích motorů, jako je výzkum optických motorů Sandia National Laboratories s pokročilým fotonovým zdrojem Argonne National Laboratory.

Síla těchto jedinečných zdrojů je v současné době vyvážena šestičlenným konsorciem DOE Vehicle Technology Office s názvem Partnership Forward Combustion Engines, které má řešit největší výzvy.

„To, co nás zde na ORNL odlišuje, je stávající vědecké portfolio,“ řekl Wagner. „Využíváme nejmocnější zdroj neutronů na světě, nejrychlejší superpočítač v zemi, prvotřídní vědu o materiálech, v souladu s našimi zkušenostmi z dopravy, abychom splnili velké výzvy udržitelnější energetické budoucnosti.“

Odkaz. 2020 21. prosince Vědecký bulletin Národní akademie věd,
DOI: 10.1073 / pnas.2012960117:

Výzkum neutronových motorů je podporován hlavně úřadem pro technologie vozidel Úřad pro úsporu energie a obnovitelnou energii (EERE). Přístup SNS zajišťuje DOE Office of Science. Výzkum slitiny hliníku a ceru sponzoroval DOE Critical Materials Institute, podporovaný DOE EERE, přední výrobní kanceláří, ve spolupráci s Eck Industries, která pomohla materiál vyvinout, otestovat a licencovat.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.