盖世汽车讯 据外媒报道,为了开发具有更高能效和超低排放的先进车辆,美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人员正在加速研制一种研究用发动机,以亘古未有的视角实时领会内燃机的原子层面事情原理。

usdt钱包(caibao.it):ORNL开发中子研究发动机 推进先进汽车设计 第1张

(图片泉源:techxplore)

这种发动机专为在中子束线内运行而构建,可以提供怪异的样品环境,以研究新合金的结构转变。这些合金针对先进高温内燃机的真实运行环境而设计。

2017年,ORNL于首推此类设施。那时研究人员乐成评测一款小型原型发动机,其气缸盖由该实验室开发的一种新高温铝铈合金铸造而成。这是全球首次使用美国能源部散裂中子源(SNS,位于ORNL)的VULCAN 中子衍射仪,对运行中的发动机举行中子衍射剖析。此项研究不仅证实此类怪异合金的硬度,而且解释使用中子等非破坏性方式剖析新材料具有价值。

当中子散布在原子中时,研究人员可以获得厚实的原子层面结构信息,由于中子甚至能够穿透致密的金属。在这种情况下,科学家们确定了合金在诸如高温顺极端应力或张力等运行条件下的显示,以识别甚至最细微的缺陷。

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在此基础上,ORNL专门设计了一种研究发动机,用于VULCAN。该设施基于一台两升四缸的汽车发动机,经由改善后可以单缸运行,以节约光束线样本空间。该发动机平台可以围绕汽缸轴旋转,以提供最大的丈量灵活性。该发动机针对中子研究而设计,包罗使用基于氟碳化合物的冷却剂和机油,以提高燃烧室的能见度。

该设施可以为研究人员提供所需要的实验效果,以快速准确地检测新材料,并改善发动机设计的高保真盘算模子。该项目负责人Martin Wissink示意:“研究人员关注发动机中发生的湍流燃烧和通过固体身分举行的传热历程之间的相互作用。领会和优化这一历程,是提高发动机热效率的要害。现在这些模子大多没有现场验证数据。我们的目的是完全解决燃烧室中所有金属部件在整个区域内的应力、应变和温度问题。”

该发动机已经根据ORNL规格举行设计,现在正由西南研究院举行最终研发,并将在能源部的国家交通研究中心(NTRC,位于ORNL)举行调试,然后在SNS首次使用,预计将于2021下半年投入使用。主要研究人员Ke An示意,SNS的VULCAN仪器可以容纳更大的结构,因此是理想的研究装备。VULCAN设计针对变形、相变、残余应力、结构和微观结构研究。研究人员正在为中子发动机平台准备新的排气系统和其他改装设施,包罗发动机新控制界面。

科学家将把来自中子发动机的丈量效果,输入正在开发的高性能盘算模子中,以加速高级内燃机突破。研究人员希望,准确展望热损失、火焰淬熄和喷射到气缸中的燃料蒸发等征象,尤其是在通常排放量最高的冷启动发动机运行时代。预计通过中子发动机提供的数据,可以进一步领会在发动机循环历程中,金属发动机部件的温度在整个发动机中是若何转变的。所发生的高保真模子可以在超级盘算机上快速运行,好比美国速率最快、人工智能能力最强的Summit盘算机。

Wissink示意:“我们将把这些基础科学设施与应用结合起来,并在现实工程装备和系统中举行丈量。周全丈量发动机部件中的应变和温度,这在以前是不可能实现的。将这些数据作为HPC模子的验证或边界条件,与汽车行业的研究人员共享,这一点具有重要意义。”

ORNL修建和运输科学部负责人Robert Wagner示意,这种中子发动机有助于制造更节能、超清洁的发动机。

(责任编辑: HN666)
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