Ang mga bagong kakayahan sa makina ay nagpapabilis sa perpektong pagsasaliksik ng mga kotse

Ang Oak Ridge National Laboratory ay bumubuo ng isang neutron research engine upang suriin ang mga bagong materyales at disenyo para sa mga modernong sasakyan na gumagamit ng mga pasilidad sa pinagmulan ng ORNL Spallation neutron. May-akda: Jill Hemman / ORNL, US Department of Energy at Southwest Research Institute

Sa paghahanap ng mga perpektong kotse na may mas mataas na kahusayan sa enerhiya at ultra-mababang emissions, ang mga mananaliksik sa Oak Ridge National Laboratory ay pinabilis ang isang engine ng pananaliksik na nagbibigay sa mga siyentipiko at inhinyero ng walang uliran pagtingin sa panloob na pagpapatakbo ng mga real-time na engine ng pagkasunog.

Ang isang bagong tampok ay isang engine na partikular na idinisenyo upang gumana sa loob ng isang neutron beam line. Ang neutron engine na ito ay nagbibigay ng isang natatanging sample ng kapaligiran na nagbibigay-daan sa iyo upang siyasatin ang mga pagbabago sa istruktura sa mga bagong haluang metal na idinisenyo para sa isang mataas na temperatura, mataas na pagkasunog na kapaligiran ng engine na may mataas na temperatura na nagpapatakbo sa ilalim ng makatotohanang mga kondisyon.

Una nang ipinakilala ng ORNL ang kakayahang ito noong 2017, nang matagumpay na sinuri ng mga mananaliksik ang isang maliit na engine ng prototype na may isang cast ng silindro mula sa isang bagong mataas na temperatura na aluminyo-cerium haluang metal itinatag sa laboratoryo. Ang eksperimento ay ang una sa mundo nang ang isang tumatakbo na engine ay sinuri gamit ang neutron diffraction gamit ang isang VULCAN neutron diffractometer sa Department of Energy Neutral Neutral Source (SNS) sa ORNL.

Ang mga resulta ng isang pag-aaral na inilathala sa Mga pamamaraan sa National Academy of Science, hindi lamang napatunayan ang tibay ng natatanging haluang metal, ngunit ipinakita rin ang halaga ng paggamit ng mga hindi mapanirang diskarte, tulad ng mga neutron, upang pag-aralan ang mga bagong materyales.

Ang mga mananaliksik na may prototype engine

Ang mga mananaliksik ng ORNL na sina Martin Visink (L) at Ke An (R) at mga kasamahan ay bumuo at sumubok ng isang gumaganang prototype ng isang panloob na engine ng pagkasunog sa VULCAN beam sa ORNL neutron spallation source, na nagpapatunay ng isang bago, hindi mapanirang kakayahang suriin ang mga materyales para sa mga advanced na sasakyan kundisyon May-akda: Genevieve Martin / ORNL, Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos

Ang mga neutron ay tumagos nang malalim kahit sa mga siksik na riles. Kapag ang mga neutron ay nagkakalat ng mga atomo sa isang materyal, nagbibigay sila ng mga mananaliksik ng isang malaking halaga ng impormasyong pang-istruktura hanggang sa antas ng atomiko. Sa kasong ito, tinukoy ng mga siyentista ang kahusayan ng mga haluang metal sa mga kondisyon sa pagtatrabaho tulad ng mataas na temperatura at malakas na stress o pag-igting upang makita ang kahit na pinakamaliit na mga depekto.

Ang tagumpay ng eksperimento ay nag-udyok sa ORNL na bumuo ng isang espesyal na idinisenyong engine ng pananaliksik sa buong industriya para magamit sa VULCAN. Ang kakayahan ay batay sa isang dalawang litro na apat na silindro ng makina ng kotse na binago upang tumakbo sa isang solong silindro upang makatipid ng puwang para sa mga sample sa sinag. Ang platform ng engine ay maaaring paikutin sa paligid ng axis ng silindro upang magbigay ng maximum na kakayahang umangkop sa pagsukat. Ang makina ay partikular na idinisenyo upang pag-aralan ang mga neutron, kabilang ang paggamit ng mga coolant at langis na nakabatay sa fluorocarbon, na nagpapabuti sa kakayahang makita sa silid ng pagkasunog.

Kakayahang magbigay sa mga mananaliksik ng mga pang-eksperimentong resulta na kinakailangan upang mabilis at tumpak na subukan ang mga bagong materyales at pagbutihin ang mga modelo ng computational ng mga disenyo ng engine na may mataas na kawastuhan.

“Sa buong mundo, ang industriya, pambansang mga laboratoryo at akademya ay sinusuri ang ugnayan sa pagitan ng magulong pagkasunog na nangyayari sa isang makina at ang proseso ng paglipat ng init na nangyayari sa pamamagitan ng mga solidong sangkap,” sabi ni Martin Visink, tagapamahala ng proyekto sa ORNL. “Ang pag-unawa at pag-optimize ng prosesong ito ay talagang mahalaga upang madagdagan ang thermal efficiency ng mga engine.”

“Ngunit sa kasalukuyan ang karamihan sa mga modelong ito ay halos walang data ng pag-verify na in-situ,” dagdag niya. “Ang layunin ay upang ganap na matugunan ang mga stress, pilit at temperatura sa buong lugar sa lahat ng mga bahagi ng metal ng silid ng pagkasunog.”

Ang makina ay idinisenyo upang itampok ang ORNL at kasalukuyang tinatapos sa Southwestern Research Institute, at ito ay isusugo sa National Transport Research Center DOE (NTRC) ng ORNL bago unang gamitin sa SNS, inaasahan sa pagtatapos ng 2021 taon Parehong NTRC at SNS ay mga tool sa agham ng DOE na nagbibigay ng pag-access sa mga makabagong kagamitan sa agham para sa mga mananaliksik sa buong mundo.

Ang aparato ng VULCAN sa SNA ay mainam para sa pananaliksik dahil naglalaman ito ng mas malalaking istraktura, sinabi ni Ke An, isang nangungunang siyentista para sa aparato. Ang VULCAN ay idinisenyo upang pag-aralan ang pagpapapangit, pagbabago ng yugto, natitirang stress, pagkakayari at microstructure. Ayon kay Anne, naghahanda sila ng isang platform para sa isang neutron engine na may bagong sistema ng maubos at iba pang mga pag-upgrade, kasama ang isang bagong interface ng pamamahala ng engine.

“Ito ay isang bagay na nakagaganyak sa mga tao, na nagbibigay ng mga resulta sa isang malaki, modernong makina,” sabi ni Anne. Ang neutron motor “ay magbibigay ng higit pang mga kakayahan sa mga gumagamit na naghahangad na subukan ang kanilang mga modelo upang matugunan ang mga isyu tulad ng stress, sobrang lakas at temperatura. Ipinapakita nito ang direktang halaga ng mga neutron para sa isang mahalagang sektor ng pagmamanupaktura. “

Ang mga sukat ng neutron engine ay mapupunta sa teknolohiyang computing na may mataas na pagganap (HPC) – mga modelo na binuo ng mga siyentista upang mapabilis ang mga tagumpay para sa modernong mga engine ng pagkasunog.

Interesado ang mga mananaliksik na gumawa ng tumpak na mga hula ng mga phenomena tulad ng pagkawala ng init, pagpapalambing ng apoy at pagsingaw ng gasolina na na-injected sa silindro, lalo na sa mga pagsisimula ng malamig na engine kapag ang emissions ay madalas na pinakamataas. Ang data ng neutron engine ay inaasahang magbibigay ng isang bagong pag-unawa sa kung paano nagbabago ang temperatura ng mga bahagi ng metal ng isang engine sa buong engine sa ikot ng engine.

Ang mga nagresultang mga modelo ng mataas na katumpakan ay maaaring mabilis na patakbuhin sa mga supercomputer tulad ng Summit, ang pinakamabilis na computer sa bansa na may kakayahang artipisyal na katalinuhan. Ang tuktok ay naka-host sa ORNL bilang bahagi ng ahensya ng computing ng Oak Ridge Leadership, isang institusyon ng pananaliksik ng DOE.

“Pinagsasama namin ang mga pangunahing kakayahang pang-agham sa mga application at gumagawa ng mga sukat sa totoong mga aparato at system ng engineering,” sabi ni Visink. “Ang buong pagsukat ng mga pagpapapangit at temperatura sa mga bahagi ng engine ay dating imposible. Mahalagang magkaroon ng data na ito alinman bilang isang pagpapatunay o bilang isang kundisyon sa hangganan para sa mga modelo ng HPC na maibabahagi sa mga mananaliksik sa industriya ng sasakyan. “

Ang neutron engine ay nagdaragdag ng umiiral na mga kakayahan ng ORNL at iba pang mga pambansang laboratoryo sa pagtatrabaho upang lumikha ng mas maraming enerhiya-mahusay at ultra-mataas na kapangyarihan na mga makina, sinabi ni Robert Wagner, direktor ng departamento ng agham ng konstruksyon at transportasyon ng ORNL.

“Ang kakayahang kontrolin ang isang motor sa neutron rays ay nagbibigay-daan sa amin upang gumawa ng walang uliran na mga pagsukat sa makatotohanang mga kondisyon ng engine,” sabi ni Wagner. Ang kakayahang ito ay nagdaragdag ng mga mapagkukunang isa-ng-isang-uri na dinala ng pambansang mga laboratoryo upang mapabuti ang kahusayan at pagpapalabas ng mga engine ng pagkasunog, tulad ng pagsasaliksik sa mga optikal na makina sa Sandia National Laboratory at mga advanced na mapagkukunan ng photon sa Argonne National Laboratory.

Sa kasalukuyan, ang kakayahan ng natatanging mga mapagkukunang ito ay iniuugnay upang matugunan ang mga pinaka-kumplikadong isyu sa pamamagitan ng isang kasunduan ng anim na Laboratories ng Pakikipagtulungan sa Pag-unlad ng Engine na umalis sa tanggapan ng DOE Vehicle Technologies.

“Ang pinaghiwalay sa amin dito sa ORNL ay ang magagamit na spectrum ng pang-agham,” sabi ni Wagner. “Ginagamit namin ang pinakamakapangyarihang mapagkukunan ng neutron sa buong mundo, ang pinakamabilis na supercomputer at pang-agham na materyales sa mundo na agham sa pakikipagtulungan sa aming kadalubhasaan sa transportasyon upang matugunan ang mas malaking hamon ng isang mas napapanatiling hinaharap na enerhiya.”

Impormasyon: Disyembre 21, 2020, Mga pamamaraan sa National Academy of Science.
DOI: 10.1073 / pnas.2012960117

Ang pag-aaral ng mga neutron engine ay pangunahing sinusuportahan ng Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) ng Office of Automotive Technology. Ang pag-access sa SNS ay suportado ng MOU Science Office. Ang pag-aaral ng aluminyo-cerium na haluang metal ay pinondohan ng DOE Critical Materials Institute, suportado ng DOE EERE Extended Manufacturing Office, at ng Eck Industries, na tumutulong sa pagbuo at pagsubok sa haluang metal at lisensyado ang materyal.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Bakit kaya mahirap magamot ang COVID-19? Isang Komprehensibong Pagsuri sa Alam Namin

Lumalagong Mga Punto ng Katibayan ng Hindi Karaniwang Nakakahawang Profile Isang komprehensibong pagsusuri ng alam namin COVID-19 at kung paano ito gumagana ay nagmumungkahi na...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Newsletter

Subscribe to stay updated.