Новости космоса и технологий. » Технологии » Новые возможности двигателя ускоряют передовые исследования транспортных средств

Новые возможности двигателя ускоряют передовые исследования транспортных средств

Опубликовал: Admin, 22-12-2020, 10:25, Технологии, 27, 0

Новые возможности двигателя ускоряют передовые исследования транспортных средств

В поисках усовершенствованных транспортных средств с более высокой энергоэффективностью и сверхнизким уровнем выбросов исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж ускоряют работу исследовательского механизма, который дает ученым и инженерам беспрецедентное представление о работе двигателей внутреннего сгорания на атомном уровне в реальном времени.

Новая возможность - двигатель, созданный специально для работы внутри нейтронного луча. Этот нейтронно-электронный двигатель обеспечивает уникальную среду для образцов, которая позволяет исследовать структурные изменения в новых сплавах, разработанных для среды высокотемпературного усовершенствованного двигателя внутреннего сгорания, работающего в реальных условиях.

ORNL впервые представила эту возможность в 2017 году, когда исследователи успешно оценили небольшой прототип двигателя с головкой блока цилиндров, отлитой из нового жаропрочного алюминиево-цериевого сплава, созданного в лаборатории. Эксперимент был первым в мире, в котором работающий двигатель анализировался нейтронография , используя нейтронный дифрактометр VULCAN в источнике нейтронов расщепления Министерства энергетики США, или SNS, в ORNL.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Труды Национальной академии наук , не только доказали стойкость уникального сплава, но и продемонстрировали ценность использования неразрушающих методов, таких как нейтроны, для анализа новых материалов.

Нейтроны проникают глубоко даже сквозь плотные металлы. Когда нейтроны разлетаются от атомов в материале, они предоставляют исследователям множество структурной информации вплоть до атомного масштаба. В этом случае ученые определили, как сплавы работают в таких рабочих условиях, как высокая температура и экстремальный стресс или натяжение, чтобы выявить даже самые мелкие дефекты.

Успех эксперимента побудил ORNL разработать специальный исследовательский механизм в соответствующем для отрасли масштабе для использования в VULCAN. Возможности основаны на двухлитровом четырехцилиндровом автомобильном двигателе, модифицированном для работы с одним цилиндром, чтобы сохранить пространство для образца на канале. Платформа двигателя может вращаться вокруг оси цилиндра, что обеспечивает максимальную гибкость измерения. Двигатель специально разработан для нейтронных исследований, включая использование охлаждающей жидкости и масла на основе фторуглерода, что улучшает обзор в камера сгорания .

Эта возможность предоставит исследователям экспериментальные результаты, которые им необходимы для быстрой и точной проверки новых материалов и улучшения высокоточных расчетных моделей конструкций двигателей.

"Во всем мире промышленность, национальные лаборатории и научные круги изучают взаимосвязь между турбулентным горением, которое"происходит в двигателе, и процесс теплопередачи, который происходит через твердые компоненты", - сказал Мартин Виссинк, руководитель проекта в ORNL. "Понимание и оптимизация этого процесса действительно является ключом к повышению теплового КПД двигателей".

«Но в настоящее время большинство этих моделей почти не имеют данных для проверки на месте, - добавил он. - Задача состоит в том, чтобы полностью определить напряжение, деформацию и температуру во всей области по всем металлическим частям камеры сгорания».

.

Двигатель был разработан в соответствии со спецификациями ORNL и в настоящее время находится на окончательной доработке в Юго-Западном исследовательском институте и будет введен в эксплуатацию в Национальном транспортном исследовательском центре Министерства энергетики США (NTRC). , в ORNL перед его первым использованием в SNS, которое ожидается к концу 2021 года. И NTRC, и SNS являются научными пользовательскими объектами Министерства энергетики, обеспечивая доступ к самым передовым инструментам современной науки для исследований по всему миру.

«Инструмент VULCAN в SNS идеально подходит для исследований, поскольку он вмещает более крупные структуры», - сказал Кэ Ан, ведущий научный сотрудник этого инструмента. VULCAN разработан для исследования деформации, фазового превращения, остаточных напряжений, текстуры и микроструктуры. По словам Ан, они готовят платформу для нейтронного двигателя с новой выхлопной системой и другими модификациями, включая новый интерфейс управления двигателем.

«Это то, что будет воодушевлять людей, производя результаты на более крупном и современном движке», - сказал Ан. Нейтронный двигатель «предоставит еще больше возможностей пользователям, стремящимся проверить свои модели для решения таких проблем, как напряжение, деформация и температура. Он показывает прямую ценность нейтронов для важного производственного сектора».

Измерения нейтронно-электронного двигателя будут вводиться в высокопроизводительные вычислительные модели, или HPC, модели, разрабатываемые учеными для ускорения прорывов в усовершенствованных двигателях внутреннего сгорания.

Исследователи заинтересованы в создании точных прогнозов таких явлений, как потери тепла, гашение пламени и испарение топлива, впрыскиваемого в цилиндр, особенно во время работы двигателя с холодным запуском, когда выбросы часто самые высокие. Ожидается, что данные нейтронно-электронного двигателя дадут новое понимание того, как температура металлических компонентов двигателя изменяется в двигателе в течение цикла двигателя.

Полученные в результате модели с высокой точностью можно быстро запустить на суперкомпьютерах, таких как Summit, самый быстрый и самый мощный компьютер в стране с поддержкой ИИ. Summit находится в ORNL как часть вычислительного центра Oak Ridge Leadership Computing, который также является научным центром DOE.

«Мы соединяем эти фундаментальные научные возможности с приложениями и проводим измерения в реальных инженерных устройствах и системах», - сказал Виссинк. «Полное измерение деформаций и температур в компонентах двигателя - это то, что раньше было невозможно. Крайне важно иметь эти данные в качестве валидации или граничного условия для моделей HPC, которыми можно поделиться с исследователями в автомобильной промышленности. "

«Нейтронный двигатель расширяет существующие возможности ORNL и других национальных лабораторий в работе по созданию более энергоэффективных и сверхчистых двигателей», - сказал Роберт Вагнер, директор подразделения ORNL по зданиям и транспортным наукам.

"Способность к"Эксплуатация двигателя в нейтронных пучках позволяет нам проводить беспрецедентные измерения в реальных условиях двигателя", - сказал Вагнер. Эта возможность дополняет уникальные ресурсы, которые национальные лаборатории предоставляют для повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания и повышения их выбросов. таких как оптический двигатель исследования в Sandia National Laboratories и с помощью Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории.

Мощность этих уникальных ресурсов в настоящее время направляется на решение самых сложных проблем с помощью шести лабораторий консорциум под названием «Партнерство по развитию двигателей внутреннего сгорания», возглавляемый Министерством энергетики США. источник нейтронов, самый быстрый суперкомпьютер в стране и материаловедение мирового класса в сотрудничестве с нашим опытом в области транспорта, чтобы взять на себя грандиозные проблемы более устойчивого энергетического будущего ».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии