Noua capacitate a motorului accelerează căutarea avansată a vehiculelor

Laboratorul Național Oak Ridge proiectează un motor de căutare cu neutroni pentru a evalua noi materiale și modele pentru vehicule avansate care utilizează echipamente la sursa de spalare a neutronilor de la ORNL. Credit: Jill Hemman / ORNL, US Department of Energy and Southwest Research Institute

În căutarea de vehicule avansate cu eficiență energetică mai mare și emisii ultra-scăzute, cercetătorii de la Laboratorul Național Oak Ridge accelerează un motor de căutare care oferă oamenilor de știință și ingineri o viziune fără precedent cu privire la funcționarea nivelurilor motorului atomic cu combustie în timp real.

Noua capacitate este un motor special construit pentru a funcționa într-o linie de raze de neutroni. Acest motor cu neutroni oferă un mediu de probă unic, care permite investigarea schimbărilor structurale în noile conexiuni concepute pentru mediul unui motor cu ardere avansată la temperatură ridicată care funcționează în condiții reale.

ORNL a descoperit prima oară capacitatea în 2017, când cercetătorii au evaluat cu succes un mic motor prototip monocilindric turnat dintr-un nou aluminiu-ceriu la temperatură înaltă aliaj creat în laborator. Experimentul a fost primul din lume în care un motor de lucru a fost analizat prin difracție de neutroni, utilizând difractometrul de neutroni VULCAN de la Departamentul de Sursă de Spectru de Neutroni, sau SNS, la ORNL.

Rezultatele cercetării, publicate în Lucrările Academiei Naționale de Științe, nu numai că a dovedit durabilitatea aliajului unic, ci și a demonstrat valoarea utilizării metodelor nedistructive, cum ar fi neutronii, pentru a analiza noi materiale.

Cercetatori de motoare prototip

Cercetătorii ORNL, Martin Wissink (L) și Ke An (R), au lucrat cu colegii să proiecteze și să testeze un prototip al motorului cu combustie în linia fasciculului VULCAN la Sursa de Neutronii de Spalare de la ORNL, testând o nouă capacitate nedistructivă de a analizați materialele pentru vehicule la nivel atomic într-un mediu realist. Credit: Genevieve Martin / ORNL US Department of Energy

Neutronii pătrund adânc chiar și prin metale dense. Când neutronii împrăștie atomii într-un material, aceștia oferă cercetătorilor o bogăție de informații structurale până la scara atomică. În acest caz, oamenii de știință au determinat modul în care conexiunile funcționează în condiții de funcționare, cum ar fi căldură ridicată și stres sau tensiune extremă, pentru a identifica chiar și cele mai mici defecte.

Succesul experimentului a determinat ORNL să proiecteze un motor de căutare special conceput la scara industrială relevantă pentru a fi utilizat în VULCAN. Capacitatea se bazează pe un motor auto de doi litri, cu patru cilindri, modificat pentru a funcționa pe un cilindru pentru a economisi spațiu de probă în linia fasciculului. Platforma motorului poate fi rotită în jurul arborelui cilindrului pentru a oferi flexibilitate maximă de măsurare. Motorul este proiectat personalizat pentru căutarea neutronilor, inclusiv utilizarea lichidului de răcire și a uleiului pe bază de fluorocarbon, care îmbunătățește vizibilitatea în camera de ardere.

Capacitatea va oferi cercetătorilor rezultatele experimentale de care au nevoie pentru a verifica rapid și cu precizie materialele noi și pentru a îmbunătăți modelele de calcul ale proiectelor de motoare de înaltă fiabilitate.

„În întreaga lume, industria, laboratoarele naționale și mediul academic se uită la interfața dintre arderea turbulentă care are loc în motor și procesul de transfer de căldură care are loc prin intermediul componentelor solide”, a declarat Martin Wissink, manager de proiect la ORNL. „Înțelegerea și optimizarea acestui proces sunt cu adevărat esențiale pentru îmbunătățirea eficienței termice a motoarelor.”

“Dar, în prezent, majoritatea acestor modele nu au aproape date valide la locul lor”, a adăugat el. “Obiectivul este de a rezolva complet stresul, tensiunea și temperatura de pe câmp pe toate piesele metalice din camera de ardere.”

Motorul este proiectat conform specificațiilor ORNL și este în prezent în curs de dezvoltare finală cu Southwest Research Institute și va fi pus în funcțiune la Centrul Național de Cercetare a Transporturilor DOE sau NTRC la ORNL înainte de prima utilizare în SNS, care se așteaptă să se încheie din 2021. Atât NTRC, cât și SNS sunt dispozitive științifice pentru utilizatorii DOE, oferind acces la cele mai avansate instrumente științifice moderne pentru cercetătorii din întreaga lume.

Instrumentul VULCAN din SNS este ideal pentru cercetare, deoarece găzduiește structuri mai mari, a spus Ke An, om de știință șef pentru instrument. VULCAN a fost creat pentru studii de deformare, transformare de fază, tensiune reziduală, structură și microstructură. Potrivit lui An, ei pregătesc platforma pentru motorul cu neutroni cu un nou sistem de evacuare și alte reconstrucții, inclusiv o nouă interfață de control pentru motor.

“Aceasta este ceea ce va entuziasma oamenii, producând rezultate pe un motor mai mare, de nivel superior”, a spus An. “Motorul cu neutroni” va oferi și mai multe oportunități utilizatorilor care doresc să-și valideze modelele pentru a rezolva probleme precum stresul, tensiunea și temperatura. Acesta arată valoarea directă a neutronilor într-un important sector de producție. “

Măsurătorile motoarelor cu neutron vor fi introduse în calculele de înaltă performanță sau în modelele HPC, fiind dezvoltate de oamenii de știință pentru a accelera progresele în motoarele cu ardere avansată.

Cercetătorii sunt interesați să facă predicții exacte despre fenomene precum pierderea de căldură, stingerea flăcării și evaporarea combustibilului injectat în cilindru, în special în timpul funcționării motorului frigorific când emisiile sunt adesea mai mari. Datele de la motorul cu neutroni sunt de așteptat să ofere o nouă înțelegere a modului în care temperatura componentelor motorului metalic se schimbă de-a lungul motorului în timpul ciclului motorului.

Modelele rezultate de înaltă fiabilitate pot fi executate rapid pe supercomputerele precum Summit, cel mai rapid și mai capabil computer din țară. Summitul este găzduit la ORNL ca parte a facilității de calcul Oak Ridge Leadership, de asemenea, o facilitate științifică pentru utilizatorii DOE.

„Trecem aceste abilități științifice de bază în aplicații și efectuăm măsurători în echipamente și sisteme de inginerie reale”, a spus Wissink. „Măsurarea completă a tensiunii și temperaturii în componentele motorului este ceva ce nu a fost posibil până acum. Cruc este esențial pentru a avea aceste date fie ca o confirmare, fie ca o condiție limită pentru modelele HPC care pot fi partajate cu cercetătorii din industria auto. “

Motorul cu neutroni îmbunătățește capacitățile existente la ORNL și la alte laboratoare naționale în crearea motoarelor mai eficiente din punct de vedere energetic și ultra-curate, a declarat Robert Wagner, directorul Diviziei ORNL pentru Științe și Transporturi.

“Capacitatea de a opera un motor în razele fasciculului de neutroni ne permite să efectuăm măsurători fără precedent în condiții reale ale motorului”, a spus Wagner. Această capacitate adaugă resurse de un fel pe care laboratoarele naționale le aduc pentru a avansa eficiența și emisiile motoarelor cu ardere, cum ar fi căutarea motorului optic la Sandia National Laboratories și cu Advanced Photon Source la Laboratorul Național Argonne.

Puterea acestor resurse unice este în prezent aliniată pentru a rezolva cele mai provocatoare probleme printr-un consorțiu de șase laboratoare denumit Advance Combustion Engine Partnership, condus de DOE Vehicle Technology Office.

„Ceea ce ne deosebește aici la ORNL este portofoliul științific disponibil”, a spus Wagner. „Folosim cea mai puternică sursă de neutroni din lume, cel mai rapid supercomputer din țară și știința materialelor de clasă mondială în coordonare cu expertiza noastră în transporturi pentru a face față marilor provocări ale unui viitor energetic mai durabil.”

Referință: 21 decembrie 2020, Lucrările Academiei Naționale de Științe.
DOI: 10.1073 / pnas.2012960117

Cercetarea motoarelor cu neutroni este susținută în principal de Biroul de tehnologie a vehiculelor al Oficiului DOE pentru eficiență energetică și energie regenerabilă. Accesul la SNS este susținut de Biroul Științei DOE. Cercetarea privind aliajul de aluminiu-ceriu a fost sponsorizată de Institutul de materiale critice DOE, care este susținut de Biroul de producție avansată DOE EERE, împreună cu Eck Industries, care a asistat la dezvoltarea și testarea aliajului și a autorizat materialul.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

„Fantomele fungice” protejează pielea, țesăturile de toxine, radiații

Fantomele fungice sunt create prin cioplirea materialului biologic din celulele fungice. Credit: Laboratorul Nathan Gianneschi / Universitatea Northwestern Inspirată de ciupercă, noua formă de...

Rezolvarea misterului genetic din centrul epidemiei COVID-19

Această imagine cu microscop electronic cu scanare arată barza-covy-2 care se ridică de la suprafața celulelor cultivate (albastru / roz) în laborator 2 credite:...

Realizarea de materiale 2D pentru o rotire

Ilustrarea conceptului de artă computerizată Spintronic. Oamenii de știință de la Universitatea Tsukuba și Institutul de Fizică la Înaltă Presiune creează un nou tranzistor de...

Doi astronauți. Două zile senine. Două perspective minunate.

23 mai 2012 Doi astronauți. Două zile senine. Două priveliști minunate în jurul acoperișului lumii. Astronauții de la Stația Spațială Internațională (ISS) au făcut...

Factor cheie identificat care face ca viermii să se simtă plini – Un factor similar poate gestiona sentimentele de completitudine la oameni

SKN-1B marcat cu GFP poate fi văzut în doi neuroni capi chimio-senzoriali. SKN-1B acționează în acești neuroni pentru a simți alimentele și pentru...

Newsletter

Subscribe to stay updated.