Kapasitas Mesin Baru Mempercepat Pencarian Kendaraan Tingkat Lanjut

Laboratorium Nasional Oak Ridge telah merancang mesin pencari neutron untuk mengevaluasi bahan dan desain baru untuk kendaraan canggih menggunakan fasilitas di Sumber Neutron Spallation di ORNL. Kredit: Jill Hemman / ORNL, Departemen Energi AS, dan Institut Penelitian Southwestern

Dalam pencarian kendaraan canggih dengan efisiensi energi yang lebih tinggi dan emisi yang sangat rendah, para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge sedang mempercepat mesin pencari yang memberi para ilmuwan dan insinyur wawasan yang belum pernah ada sebelumnya tentang operasi tingkat tinggi. nomor atom mesin pembakaran real-time.

Kemampuan baru ini adalah motor yang dibuat khusus untuk ditempatkan di garis berkas neutron. Mesin neutron ini menyediakan lingkungan pengambilan sampel unik yang memungkinkan penyelidikan perubahan struktural pada paduan baru yang dirancang untuk lingkungan mesin pembakaran suhu tinggi canggih yang beroperasi dalam kondisi realistis.

ORNL pertama kali meluncurkan kemampuannya pada tahun 2017, ketika para peneliti berhasil mengevaluasi mesin prototipe kecil dengan cetakan kepala silinder dari aluminium-cerium suhu tinggi yang baru. lega dibuat di laboratorium. Eksperimen ini adalah yang pertama di mana motor yang berfungsi dianalisis untuk difraksi neutron, menggunakan difraksi neutron VULCAN di Sumber Neutron Spallon Departemen Energi, atau SNS, di ORNL.

Hasil pencarian, diterbitkan di Prosiding National Academy of Sciences, tidak hanya menunjukkan kekerasan paduan tunggal, tetapi juga menunjukkan nilai penggunaan metode non-destruktif seperti neutron untuk menganalisis bahan baru.

Circator Dengan Prototipe Motor

Peneliti ORNL Martin Wissink (kiri) dan Ke An (kanan) bekerja dengan rekan untuk merancang dan menguji prototipe mesin pembakaran yang berjalan pada jalur VULCAN di Sumber Neutron Spallation ORNL, mendemonstrasikan kemampuan non-destruktif baru untuk menganalisis bahan untuk kendaraan canggih di tingkat atom dalam lingkungan yang realistis. Kredit: Genevieve Martin / ORNL Departemen Energi AS

Neutron sangat menembus bahkan melalui logam padat. Ketika neutron menghamburkan atom dalam suatu material, mereka memberi para peneliti banyak informasi struktural hingga ke skala atom. Dalam kasus ini, para ilmuwan menentukan bagaimana paduan berperilaku dalam kondisi operasi seperti panas tinggi dan tegangan atau tegangan yang ekstrim untuk mengidentifikasi bahkan cacat terkecil.

Keberhasilan eksperimen tersebut mendorong ORNL untuk merancang mesin telusur khusus industri yang relevan untuk digunakan di VULCAN. Kapasitas ini didasarkan pada mesin otomotif dua liter, empat silinder, yang dimodifikasi untuk beroperasi pada silinder untuk menghemat ruang sampel pada garis balok. Platform motor dapat diputar di sekitar sumbu silinder untuk memberikan fleksibilitas pengukuran maksimum. Mesinnya dirancang khusus untuk pencarian neutron, termasuk penggunaan refrigeran dan oli berbasis fluorokarbon, yang meningkatkan visibilitas di ruang bakar.

Kemampuan tersebut akan memberikan hasil eksperimen yang dibutuhkan para peneliti untuk memverifikasi material baru dengan cepat dan akurat serta meningkatkan model komputasi desain mesin dengan ketelitian tinggi.

“Di seluruh dunia, industri, laboratorium nasional, dan akademisi sedang mencari antarmuka antara turbulen pembakaran yang terjadi di mesin, dan proses perpindahan panas yang terjadi melalui komponen padat,” kata Martin Wissink , manajer proyek di ORNL. “Memahami dan mengoptimalkan proses ini sangat penting untuk meningkatkan efisiensi termal mesin.”

“Namun saat ini, sebagian besar model ini hampir tidak memiliki data validasi di tempat,” tambahnya. “Tujuannya adalah untuk sepenuhnya mengatasi tekanan, tegangan, dan suhu di seluruh domain pada semua bagian logam di ruang bakar.”

Mesin ini dirancang untuk spesifikasi ORNL dan saat ini dalam tahap pengembangan akhir dengan Southwest Research Institute, dan akan dioperasikan di DOE’s National Transportation Research Center, atau NTRC, di ORNL sebelum pertama kali digunakan di SNS, yang dijadwalkan pada akhir 2021. Baik NTRC dan SNS adalah struktur penggunaan ilmiah DOE, yang memberikan akses ke alat paling canggih dari sains modern bagi para peneliti di seluruh dunia.

Instrumen VULCAN di NHS sangat ideal untuk penelitian, karena mengakomodasi struktur yang lebih besar, kata Ke An, ilmuwan utama untuk instrumen tersebut. VULCAN dirancang untuk mempelajari deformasi, transformasi fasa, tegangan sisa, struktur dan mikro. Menurut An, mereka sedang mempersiapkan platform untuk motor neutron dengan sistem knalpot baru dan modifikasi lainnya, termasuk antarmuka kontrol baru untuk motor tersebut.

“Itulah yang akan memotivasi orang, menghasilkan hasil dengan mesin yang lebih besar dan canggih,” kata An. Motor neutron “akan memberikan lebih banyak pilihan kepada pengguna yang ingin memvalidasi model mereka untuk memecahkan masalah seperti tegangan, tegangan, dan suhu. Ini menunjukkan nilai langsung neutron ke sektor manufaktur yang penting.”

Pengukuran dari mesin neutron akan didukung oleh komputasi kinerja tinggi, atau HPC, model yang dikembangkan oleh para ilmuwan untuk mempercepat kemajuan mesin pembakaran tingkat lanjut.

Para peneliti tertarik untuk membuat prediksi akurat tentang fenomena seperti kehilangan panas, pemadaman api, dan penguapan bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam silinder, terutama selama pengoperasian mesin start dingin ketika emisi sering kali lebih tinggi. Data motor neutron diharapkan dapat memberikan pemahaman baru tentang bagaimana perubahan temperatur komponen motor logam di seluruh motor selama siklus motor berlangsung.

Model dengan ketelitian tinggi yang dihasilkan dapat dengan cepat dijalankan pada superkomputer seperti Summit, komputer AI tercepat dan paling mumpuni di negara ini. Summit berlokasi di ORNL sebagai bagian dari Fasilitas Komputasi Kepemimpinan Oak Ridge, juga fasilitas ilmiah untuk pengguna DOE.

“Kami menggabungkan kemampuan ilmiah fundamental ini ke dalam aplikasi dan melakukan pengukuran dalam perangkat dan sistem teknik nyata,” kata Wissink. “Pengukuran lengkap celah dan suhu pada komponen mesin adalah sesuatu yang belum pernah mungkin dilakukan sebelumnya. Sangat penting untuk memiliki data ini sebagai validasi dan sebagai syarat batas untuk model HPC yang dapat dibagikan dengan peneliti dari industri otomotif ”.

Motor neutron meningkatkan kemampuan yang ada di ORNL dan laboratorium nasional lainnya di tempat kerja untuk menciptakan mesin yang lebih hemat energi dan sangat bersih, kata Robert Wagner, direktur Divisi Ilmu Bangunan dan Transportasi ORNL.

“Kemampuan untuk mengoperasikan motor dalam garis berkas neutron memungkinkan kami untuk melakukan pengukuran yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam kondisi motor yang realistis,” kata Wagner. Kemampuan ini menambah sumber daya unik yang dibawa laboratorium nasional untuk memajukan efisiensi dan emisi mesin pembakaran, seperti pencarian mesin optik di Laboratorium Nasional Sandia dan dengan Sumber Foton Tingkat Lanjut di Laboratorium. Argonne Nasional.

Kekuatan sumber daya unik ini saat ini diselaraskan untuk menyelesaikan masalah yang paling menantang melalui konsorsium enam lab yang disebut Partnership to Advance Combustion Engine, yang dipimpin di luar Office of Vehicle Technologies DOE.

“Yang membedakan kami di ORNL adalah portofolio sains yang tersedia,” kata Wagner. “Kami menggunakan sumber neutron paling kuat di dunia, superkomputer tercepat di negara ini, dan ilmu material kelas dunia dalam koordinasi dengan keahlian kami di bidang transportasi untuk memenuhi tantangan besar masa depan energi. lebih berkelanjutan.

Referensi: 21 Desember 2020, Prosiding National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073 / pnas. 2012960117

Penelitian mesin neutron didukung terutama oleh Kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan (EERE) DOE. Akses ke NHS didukung oleh DOE Office of Science. Penelitian tentang paduan aluminium-serium telah disponsori oleh DOE Institute of Critical Materials, yang didukung oleh DOE’s Advanced Manufacturing Office EERE, bersama dengan Eck Industries, yang telah membantu mengembangkan dan menguji alea dan melisensikan materi.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.