新的发动机能力加速了先进的车辆研究

为了寻求具有更高能源效率和超低排放的先进车辆，橡树岭国家实验室的研究人员正在加速研究引擎的运行，该引擎为科学家和工程师提供了内燃机原子级实时内部运行的前所未有的视野。

新功能是专门为在中子束线内部运行而制造的发动机。这款中子发动机提供了独特的样品环境，可以研究为在现实条件下运行的高温，先进内燃机的环境而设计的新合金的结构变化。

ORNL于2017年首次公布了该功能，当时研究人员成功地评估了一种小型的原型发动机，该发动机的原型是由实验室制造的新型高温铝铈合金铸造而成的。该实验是全球首例，其中使用ORNL能源部散裂中子源(SNS)的VULCAN中子衍射仪通过中子衍射对运行中的发动机进行了分析。

该研究结果发表在《国家科学院院刊》上，不仅证明了这种独特合金的坚韧性，而且还证明了使用中子等非破坏性方法分析新材料的价值。

中子甚至可以穿透致密金属而深入渗透。当中子从物质中散射出原子时，它们为研究人员提供了直至原子尺度的大量结构信息。在这种情况下，科学家确定了合金在高温，极端应力或张力等工作条件下的性能，甚至可以识别出最小的缺陷。

实验的成功促使ORNL设计了行业相关规模的专用研究引擎，供VULCAN使用。该功能基于两升四缸汽车发动机，经过修改可在一个气缸上运行，以节省光束线上的样本空间。发动机平台可以绕汽缸轴线旋转，以提供最大的测量灵活性。该发动机是为中子研究量身定制的，包括使用碳氟化合物基冷却剂和机油，从而提高了进入燃烧室的视野。

该功能将为研究人员提供他们需要的实验结果，以快速，准确地审查新材料并改善发动机设计的高保真计算模型。

ORNL项目负责人Martin Wissink说：“全世界，工业界，国家实验室和学术界都在研究发动机中发生的湍流燃烧与固体成分之间的传热过程之间的联系。” “了解和优化该过程对于提高发动机的热效率确实至关重要。”

他补充说：“但是目前，这些模型大多数都没有现场验证数据。” “目标是完全解决燃烧室中所有金属零件在整个区域内的应力，应变和温度。”