Kemampuan mesin baru mempercepat penelitian kendaraan tingkat lanjut
Engineering

Kemampuan mesin baru mempercepat penelitian kendaraan tingkat lanjut


Laboratorium Nasional Oak Ridge sedang merancang mesin penelitian neutronik untuk mengevaluasi bahan dan rancangan baru untuk kendaraan tingkat lanjut menggunakan fasilitas di Sumber Neutron Spallation di ORNL. Kredit: Jill Hemman / ORNL, Departemen Energi AS, dan Institut Penelitian Southwest.

Dalam pencarian kendaraan canggih dengan efisiensi energi yang lebih tinggi dan emisi ultra-rendah, para peneliti Laboratorium Nasional Oak Ridge mempercepat mesin penelitian yang memberi para ilmuwan dan insinyur pandangan yang belum pernah terjadi sebelumnya di dalam cara kerja mesin pembakaran tingkat atom dalam waktu nyata.

Kemampuan baru ini adalah mesin yang dibuat khusus untuk bekerja di dalam garis berkas neutron. Mesin neutronik ini menyediakan lingkungan sampel unik yang memungkinkan penyelidikan perubahan struktural pada paduan baru yang dirancang untuk lingkungan mesin pembakaran canggih bersuhu tinggi 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 paduan aluminium-cerium suhu tinggi baru yang dibuat di laboratorium. Eksperimen ini adalah yang pertama di dunia di mana mesin yang sedang berjalan dianalisis dengan difraksi neutron, menggunakan difraktometer neutron VULCAN di Sumber Neutron Spallation Departemen Energi, atau SNS, di ORNL.

Hasil penelitian yang dipublikasikan di Prosiding National Academy of Sciences, tidak hanya membuktikan ketahanan paduan unik, tetapi juga menunjukkan nilai menggunakan metode non-destruktif seperti neutron untuk menganalisis bahan baru.

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 bekerja dalam kondisi operasi seperti panas tinggi dan tegangan atau tegangan ekstrim untuk mengidentifikasi bahkan cacat terkecil.

Keberhasilan percobaan telah mendorong ORNL untuk merancang mesin penelitian yang dibuat khusus pada skala yang relevan dengan industri untuk digunakan di VULCAN. Kemampuan ini didasarkan pada mesin otomotif dua liter, empat silinder, yang dimodifikasi untuk beroperasi pada satu silinder untuk menghemat ruang sampel pada beamline. Platform mesin dapat diputar mengelilingi sumbu silinder untuk memberikan fleksibilitas pengukuran yang maksimum. Mesin ini dirancang khusus untuk penelitian neutron, termasuk penggunaan cairan pendingin dan oli berbasis fluorokarbon, yang meningkatkan visibilitas ke dalam ruang bakar.

Kemampuan tersebut akan memberi para peneliti hasil eksperimental yang mereka butuhkan untuk secara cepat dan akurat memeriksa material baru dan meningkatkan model komputasi desain mesin dengan ketelitian tinggi.

“Di seluruh dunia, industri, laboratorium nasional, dan akademisi melihat antarmuka antara pembakaran turbulen yang terjadi di mesin, dan proses perpindahan panas yang terjadi melalui komponen padat,” kata Martin Wissink, pimpinan proyek di ORNL. “Memahami dan mengoptimalkan proses itu benar-benar kunci untuk meningkatkan efisiensi termal mesin.”

“Namun saat ini, sebagian besar model ini hampir tidak memiliki data validasi in situ,” tambahnya. “Tujuannya adalah untuk sepenuhnya mengatasi stres, regangan, dan suhu di seluruh domain di semua bagian logam di ruang bakar.”

Kemampuan mesin baru mempercepat penelitian kendaraan tingkat lanjut

Peneliti ORNL Martin Wissink (Kiri) dan Ke An (R) bekerja dengan rekannya untuk merancang dan menguji prototipe mesin pembakaran yang sedang berjalan di beamline VULCAN di Spallation Neutron Source di ORNL, membuktikan kemampuan non-destruktif baru untuk menganalisis bahan untuk tingkat lanjut. kendaraan di tingkat atom dalam pengaturan yang realistis. Kredit: Genevieve Martin / ORNL Departemen Energi AS.

Mesin telah dirancang untuk spesifikasi ORNL dan saat ini sedang dalam pengembangan akhir dengan Southwest Research Institute, dan akan ditugaskan di Pusat Penelitian Transportasi Nasional DOE, atau NTRC, di ORNL sebelum digunakan pertama kali di SNS, yang diharapkan pada akhir 2021. Baik NTRC dan SNS adalah fasilitas pengguna ilmiah DOE, yang menyediakan akses ke alat paling canggih dari sains modern bagi para peneliti di seluruh dunia.

Instrumen VULCAN di SNS sangat ideal untuk penelitian, karena mengakomodasi struktur yang lebih besar, kata Ke An, ilmuwan utama untuk instrumen tersebut. VULCAN dirancang untuk studi deformasi, transformasi fase, tegangan sisa, tekstur dan struktur mikro. Menurut An, mereka sedang mempersiapkan platform untuk mesin neutronik dengan sistem pembuangan baru dan retrofit lainnya, termasuk antarmuka kontrol baru untuk mesin tersebut.

“Inilah yang akan membuat orang bersemangat, menghasilkan hasil dengan mesin yang lebih besar dan canggih,” kata An. Mesin neutronik “akan memberikan lebih banyak opsi kepada pengguna yang ingin memvalidasi model mereka untuk menyelesaikan masalah seperti stres, regangan, dan suhu. Ini menunjukkan nilai langsung neutron ke sektor manufaktur penting.”

Pengukuran dari mesin neutronik akan dimasukkan ke dalam komputasi berkinerja tinggi, atau HPC, model yang sedang dikembangkan oleh para ilmuwan untuk mempercepat terobosan untuk 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 seringkali tertinggi. Data dari mesin neutronik diharapkan dapat memberikan pemahaman baru tentang bagaimana temperatur komponen logam mesin berubah di seluruh mesin selama siklus mesin.

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

“Kami menjembatani kemampuan sains fundamental ini dengan aplikasi dan melakukan pengukuran dalam perangkat dan sistem teknik nyata,” kata Wissink. “Pengukuran penuh regangan dan suhu dalam komponen mesin adalah sesuatu yang belum pernah mungkin dilakukan sebelumnya. Sangat penting untuk memiliki data ini sebagai validasi atau sebagai syarat batas untuk model HPC yang dapat dibagikan dengan para peneliti di industri otomotif. “

Mesin neutronik menambah kemampuan yang ada di ORNL dan laboratorium nasional lainnya dalam pekerjaan untuk menciptakan mesin yang lebih hemat energi dan sangat bersih, kata Robert Wagner, direktur Divisi Ilmu Bangunan dan Transportasi ORNL.

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

Kekuatan sumber daya unik ini saat ini sedang diselaraskan untuk memecahkan masalah yang paling menantang melalui konsorsium enam laboratorium yang disebut Partnership to Advance Combustion Engines, yang dipimpin oleh DOE Vehicle Technologies Office.

“Yang membedakan kami di ORNL adalah portofolio sains yang tersedia,” kata Wagner. “Kami memanfaatkan 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 menghadapi tantangan besar masa depan energi yang lebih berkelanjutan.”


Neutron mengintip ke dalam mesin yang sedang berjalan


Informasi lebih lanjut:
Martin L. Wissink el al., “Operando pengukuran regangan kisi pada komponen mesin pembakaran internal dengan difraksi neutron,” PNAS (2020). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2012960117

Disediakan oleh Laboratorium Nasional Oak Ridge

Kutipan: Kemampuan mesin baru mempercepat penelitian kendaraan tingkat lanjut (2020, 21 Desember) diambil pada 21 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-capability-advanced-vehicle.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HKG