為了尋求具有更高能源效率和超低排放的先進(jìn)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(xué)家和工程師提供了內(nèi)燃機原子級實時內(nèi)部運行的前所未有的視野。

新功能是專門為在中子束線內(nèi)部運行而制造的發(fā)動機。這款中子發(fā)動機提供了獨特的樣品環(huán)境，可以研究為在現(xiàn)實條件下運行的高溫，先進(jìn)內(nèi)燃機的環(huán)境而設(shè)計的新合金的結(jié)構(gòu)變化。

ORNL于2017年首次公布了該功能，當(dāng)時研究人員成功地評估了一種小型的原型發(fā)動機，該發(fā)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(fā)動機進(jìn)行了分析。

該研究結(jié)果發(fā)表在《國家科學(xué)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(dāng)中子從物質(zhì)中散射出原子時，它們?yōu)檠芯咳藛T提供了直至原子尺度的大量結(jié)構(gòu)信息。在這種情況下，科學(xué)家確定了合金在高溫，極端應(yīng)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(shè)計了行業(yè)相關(guān)規(guī)模的專用研究引擎，供VULCAN使用。該功能基于兩升四缸汽車發(fā)動機，經(jīng)過修改可在一個氣缸上運行，以節(jié)省光束線上的樣本空間。發(fā)動機平臺可以繞汽缸軸線旋轉(zhuǎn)，以提供最大的測量靈活性。該發(fā)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(jìn)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(jié)果，以快速，準(zhǔn)確地審查新材料并改善發(fā)動機設(shè)計的高保真計算模型。

ORNL項目負(fù)責(zé)人Martin Wissink說：“全世界，工業(yè)界，國家實驗室和學(xué)術(shù)界都在研究發(fā)動機中發(fā)生的湍流燃燒與固體成分之間的傳熱過程之間的聯(lián)系。” “了解和優(yōu)化該過程對于提高發(fā)動機的熱效率確實至關(guān)重要。”

他補充說：“但是目前，這些模型大多數(shù)都沒有現(xiàn)場驗證數(shù)據(jù)。” “目標(biāo)是完全解決燃燒室中所有金屬零件在整個區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力，應(yīng)變和溫度。”