Нейтронно-электронный двигатель представляет собой уникальную среду для образцов, которая позволяет исследовать структурные изменения в новых сплавах, разработанных для среды высокотемпературного усовершенствованного двигателя внутреннего сгорания, работающего в реальных условиях. Новый двигатель создается специально для работы внутри нейтронного луча. Он может обеспечивать уникальную среду для образцов, позволяя исследовать структурные изменения в новых сплавах.
Они разработаны для среды с высокими температурами в усовершенствованных двигателях внутреннего сгорания, которые работают в реальных условиях. Впервые такая возможность предоставилась в 2017 году. Тогда исследователи создали прототип нового двигателя, его основная часть состояла их блока цилиндров. Он был отлит из нового жаропрочного алюминиево-цериевого сплава, созданного в лаборатории.
Первый в мире эксперимент проанализировали методом нейтронографии с использованием специального оборудования нейтронного расщепления нейтронов с использованием нейтронного дифрактометра VULCAN. Оказалось, что в ходе эксперимента была доказана не только стойкость сплава, но и ценность использования нейтронов для анализа новых материалов.
Они способны глубоко проникать даже в самые плотные металлы представляя возможность выявления структурной информации атомного масштаба. Ученые выяснили, как сплавы работают при высоких температурах, экстремальном напряжении и растяжении, выявив самые мелкие дефекты.
Успех стал причиной разработки нового механизма, возможности которого основаны на двухлитровом четырехцилиндровом автомобильном двигателе, модифицированном для работы с одним цилиндром. Платформа двигателя может вращаться вокруг оси цилиндра, и тем самым обеспечивается максимальная гибкость измерений. Нейтронные исследования с такиоборудованием будут иметь высокую эффективность с применением охлаждающей жидкости и масла на основе фторуглерода.
Компоненты двигателя внутреннего сгорания подвергаются экстремальным термомеханическим циклам во время работы, и постоянная потребность в повышении эффективности двигателя при сохранении или повышении надежности приводит к разработке легких материалов с улучшенной термической и механической целостностью.
Понимание поведения новых материалов в динамической работе требует инструментов для определения характеристик, но обычные измерения поведения материала во время реальной работы двигателя очень ограничены. Проникающая способность нейтронов может обеспечить неинвазивное измерение деформаций решетки внутри компонентов горящего двигателя, что позволяет оперативно изучать сложные состояния нагрузки и температурные градиенты в твердых материалах.
Двигатель для нейтронно-физических исследований для оценки новых материалов и конструкций усовершенствованных транспортных средств с использованием оборудования источника расщепления нейтронов. Фото: Джилл Хемман / ORNL, Департамент энергетики США и Юго-Западный исследовательский институт.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) преобразует химическую энергию, хранящуюся в топливе, в механическую энергию путем прямого воздействия на компоненты двигателя силы, возникающей в результате расширения газов с высокой температурой и высоким давлением, образующихся при сгорании.
В поршневом двигателе как неподвижные компоненты (например, головка блока цилиндров, гильза), так и подвижные компоненты (например, поршни и клапаны) подвергаются сложным термомеханическим циклам с частотами от менее 1000 об/мин на холостом ходу до почти 20000 об/мин.
Двигатели с искровым зажиганием (бензиновые), и двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) подвергаются быстрому выделению химической энергии, вызывая чрезвычайно переходные состояния нагрузки и температурные градиенты внутри камеры сгорания. Обычно двигатели работают при пиковых температурах газа, превышающих 2200°C, и максимальных давлениях от 0,5 до 2.5 МПа при скорости повышения давления от 10 до 50 МП /мс, а во время аномальных событий горения, таких как преждевременное зажигание и детонация, скорость повышения давления может превышать 100 МПа/мс.
Разработка и внедрение новых материалов с улучшенной механической и термической целостностью может повысить надежность и эффективность, а также способствовать повышеннтю рабочих температур и использования технологий принудительной подачи воздуха, что еще больше увеличивает эффективность.
Литая головка блока цилиндров стандартного производителя ( слева ) изображена рядом с головкой блока цилиндров из алюминиево-цериевого (AlCe) сплава ( справа ), изготовленной из форм, напечатанных на 3D-принтере. Оборудование головки цилиндров, включая монтажные шпильки, клапаны и свечу зажигания, было перенесено со стандартной головки на головку AlCe.
Лабораторные исследования инженерных материалов с помощью физического моделирования часто проводятся в попытке удовлетворить требования строгой эксплуатации. Понимание динамического поведения, такого как температура, напряжение и деформация во время работы, ценно для разработки новых материалов и для инженеров, стремящихся повысить эффективность проектирования. долговечность и безопасность. Однако из-за отсутствия инструмента неразрушающей оценки, который может имитировать реальные рабочие условия внутри ДВС, истинное понимание динамического термомеханического поведения и реакции компонентов двигателя ограничено.
Последние достижения в области источников нейтронов и нейтронной аппаратуры позволяют исследовать поведение материалов в сложных средах. Источник нейтронов расщепления (SNS) в Окриджской национальной лаборатории (ORNL) - это самая интенсивная в мире установка для времяпролетных нейтронов (TOF), а высокий поток нейтронов дает возможность выполнять измерения дифракции нейтронов с высоким разрешением.
Дифракцию нейтронов часто используют для измерения деформации решетки из-за температуры или напряжения, текстуры микроструктуры и ее эволюции, а также фазовых фракций глубоко внутри инженерных компонентов, которые не могут проникнуть даже высокоэнергетические рентгеновские лучи, что делает нейтроны уникальными для изучения поведения материалов в больших структурах.
Дифрактометр VULCAN предназначен для исследования деформации, фазового превращения, остаточного напряжения в материалах, которые обычно проходят физическое моделирование в лабораторном масштабе с приложенной нагрузкой и температурами.
Эта экспериментальная платформа была выбрана и разработана с учетом следующих соображений безопасности и сбора данных: 1) экспериментальная установка обеспечивала автономную практическую работу работающего двигателя, 2) компактные габаритные размеры, не выходящие за пределы ограниченного пространства на VULCAN, 3) интегрированный генератор устранил необходимость в автономном динамометре для приема нагрузки от двигателя, 4) двигатель имел воздушное охлаждение и, таким образом, не сталкивался с проблемами сильного ослабления нейтронов или фона рассеяния водородосодержащим теплоносителем, 5) двухклапанная конструкция толкателя сводила к минимуму количество стальных компонентов в головке блока цилиндров, которые могут ослабить рассеянные нейтроны из измерительного объема (ов),6) относительно простая конструкция системы смазки не имела масляных каналов в верхней или передней части двигателя, которые могли бы ослабить падающие или рассеянные нейтроны) электрический стартер позволял запускать двигатель дистанционно.
Эта технология может быть использована для быстрого тестирования новых материалов или того, как геометрия системы влияет на охлаждение и внутреннюю деформацию во время работы. Сплав AlCe, из которого была изготовлена головка, был разработан в рамках проекта Института критических материалов и предназначен для высокотемпературных применений, в которых алюминиевые сплавы долгое время не находили применения. Сплав использует в качестве первичной добавки элемент церий и имеет состав Al-12 мас.% Ce-0,4 мас.% Mg. Этот состав был выбран, поскольку он находится рядом с эвтектикой Al-Ce, создавая литейный материал, и предыдущие нейтронные исследования, проведенные с этим сплавом, показали, что незначительные добавки Mg оказывают большое положительное влияние на способность распределения нагрузки большей части Al11Ce3 интерметаллических соединений.
Исследователи заинтересованы в создании точных прогнозов таких явлений, как потери тепла, гашение пламени и испарение топлива, впрыскиваемого в цилиндр, особенно во время работы двигателя с холодным запуском, когда выбросы часто самые высокие. Ожидается, что данные, полученные от нейтронно-электронного двигателя, дадут новое понимание того, как температура металлических компонентов двигателя изменяется в двигателе в течение цикла двигателя.
Купите Постеры для дома, офиса, бара на сайте «Наука и техика» в подарок себе и близким. Новогодний недорогой сюрприз шефу, друзьям, клиентам и сотрудникам.
В наличии Плакаты бронетехники, набор постеров стрелкового оружия, боевой техники. Если вы неравнодушны к авиации, то вас, наверняка, заинтересуют постеры с боевыми, транспортными или пассажирскими самолетами.
Пазлы для детей и взрослых по низкой цене. ПАЗЛЫ ТАНК, САМОЛЕТ, ВЕРТОЛЕТ. Красочный подарок под елку. Оригинальный сюрприз.
