新的發動機能力加速了先進的車輛研究

為了尋求具有更高能源效率和超低排放的先進車輛，橡樹嶺國家實驗室的研究人員正在加速研究引擎的運行，該引擎為科學家和工程師提供了內燃機原子級實時內部運行的前所未有的視野。

新功能是專門為在中子束線內部運行而制造的發動機。這款中子發動機提供了獨特的樣品環境，可以研究為在現實條件下運行的高溫，先進內燃機的環境而設計的新合金的結構變化。

ORNL于2017年首次公布了該功能，當時研究人員成功地評估了一種小型的原型發動機，該發動機的原型是由實驗室制造的新型高溫鋁鈰合金鑄造而成的。該實驗是全球首例，其中使用ORNL能源部散裂中子源(SNS)的VULCAN中子衍射儀通過中子衍射對運行中的發動機進行了分析。

該研究結果發表在《國家科學院院刊》上，不僅證明了這種獨特合金的堅韌性，而且還證明了使用中子等非破壞性方法分析新材料的價值。

中子甚至可以穿透致密金屬而深入滲透。當中子從物質中散射出原子時，它們為研究人員提供了直至原子尺度的大量結構信息。在這種情況下，科學家確定了合金在高溫，極端應力或張力等工作條件下的性能，甚至可以識別出最小的缺陷。

實驗的成功促使ORNL設計了行業相關規模的專用研究引擎，供VULCAN使用。該功能基于兩升四缸汽車發動機，經過修改可在一個氣缸上運行，以節省光束線上的樣本空間。發動機平臺可以繞汽缸軸線旋轉，以提供最大的測量靈活性。該發動機是為中子研究量身定制的，包括使用碳氟化合物基冷卻劑和機油，從而提高了進入燃燒室的視野。

該功能將為研究人員提供他們需要的實驗結果，以快速，準確地審查新材料并改善發動機設計的高保真計算模型。

ORNL項目負責人Martin Wissink說：“全世界，工業界，國家實驗室和學術界都在研究發動機中發生的湍流燃燒與固體成分之間的傳熱過程之間的聯系。” “了解和優化該過程對于提高發動機的熱效率確實至關重要。”

他補充說：“但是目前，這些模型大多數都沒有現場驗證數據。” “目標是完全解決燃燒室中所有金屬零件在整個區域內的應力，應變和溫度。”