Новые возможности двигателя ускоряют передовые исследования автомобилей

В поисках усовершенствованных автомобилей с более высокой энергоэффективностью и сверхнизким уровнем выбросов исследователи Национальной лаборатории Ок-Ридж ускоряют разработку исследовательского механизма, который дает ученым и инженерам беспрецедентный взгляд на работу 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 был проанализирован методом дифракции нейтронов с использованием нейтронного дифрактометра VULCAN в

Результаты исследования, опубликованные в Труды Национальной академии наук, не только доказал стойкость уникального сплава, но и продемонстрировал 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 экстремальные напряжения или растяжения, чтобы выявить даже самые мелкие дефекты.

Успех эксперимента побудил ORNL разработать специализированный 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 камеры сгорания.

READ  Как Заправить Кондиционер Автомобиля Своими Руками

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 сгоранием, происходящим в двигателе, и процессом 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. «Цель состоит в том, чтобы полностью снять напряжение, деформацию и температуру во всей области по всем металлическим частям камеры сгорания».

новое, возможность, двигатель, автомобиль

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 объектами Министерства энергетики, предоставляющими доступ к самым передовым инструментам современной науки исследователям со всего мира.

READ  Топ-10 отечественных фотоэлектрических автомобилей, автомобилей и внедорожников в Китае по оптовым объемам в августе

«Инструмент VULCAN в SNS идеально подходит для исследований, поскольку он вмещает более крупные структуры». сказал Ке 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 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 использоваться в высокопроизводительных вычислениях, или HPC, моделях, разрабатываемых 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, полученные от 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 ИИ. Summit находится в ORNL как часть вычислительного центра Oak Ridge Leadership Computing Facility, который также является научным центром DOE.

READ  Документальный фильм о дизайне Chevrolet Corvette C8 заканчивается массивной скальной вешалкой

«Мы соединяем эти фундаментальные научные возможности с приложениями и проводим измерения в реальных инженерных устройствах и системах». сказал Виссинк. «Полное измерение деформаций и температур компонентов двигателя. это то, что раньше было невозможно. Крайне важно иметь эти данные либо в качестве валидации, либо в качестве 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.

«Возможность управлять двигателем 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 и выбросов двигателей внутреннего сгорания, таких как исследования оптических двигателей в Национальных лабораториях Сандиа и усовершенствованный источник фотонов в Аргоннской национальной лаборатории.

Мощь этих уникальных ресурсов в настоящее время направляется на решение наиболее сложных проблем через консорциум из шести лабораторий под названием «Партнерство по развитию двигателей внутреннего сгорания», возглавляемый Управлением автомобильных технологий Министерства энергетики США.

«Что отличает нас здесь, в ORNL. это доступное портфолио науки». сказал Вагнер. «Мы используем самый мощный в мире источник нейтронов, самый быстрый в стране суперкомпьютер и материаловедение мирового класса в координации с нашим опытом в области транспорта, чтобы решать грандиозные задачи более устойчивого энергетического будущего».

Источник