Tampilan 3D pertama Argonne ke injektor bahan bakar akan meningkatkan efisiensi, keandalan

Tampilan 3D pertama Argonne ke injektor bahan bakar akan meningkatkan efisiensi, keandalan


Newswise – Hanya ketidaksempurnaan kecil dalam pembuatan nozel injektor bahan bakar mobil tidak hanya dapat menyebabkan bagian tersebut terkikis dan berkinerja buruk, tetapi juga dapat membebani mesin, efisiensi bahan bakar, dan emisi.

Ilmuwan di Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE) telah mulai memecahkan dilema ini dengan menggunakan salah satu sumber sinar-X paling terang dan paling kuat di dunia – Advanced Photon Source (APS), DOE Office of Science User Facility berlokasi di Argonne – untuk menghasilkan gambar 3D pertama dari aliran fluida di dalam nosel injektor bahan bakar.

“Kami sedang mengerjakan beberapa sinar-X paling kuat di dunia di Argonne.” – Aniket Tekawade, peneliti postdoctoral di divisi Sistem Energi di Argonne.

Visualisasi 3D kecepatan tinggi akan membantu produsen dan pemasok mesin meningkatkan model desain yang digunakan untuk membuat injektor bahan bakar. Persyaratan untuk efisiensi bahan bakar yang lebih tinggi dan emisi yang lebih rendah telah menekankan perlunya desain dan proses produksi yang ketat dengan tekanan injeksi yang lebih tinggi dan lubang yang lebih kecil. Sebagai hasil dari eksperimen di APS, tim teknik Argonne juga membuat perangkat lunak sumber terbuka, untuk membantu orang lain menganalisis gambar yang diperoleh dalam kondisi cahaya redup.

Eksperimen tersebut, yang dirinci dalam artikel Laporan Ilmiah baru-baru ini, adalah gagasan Christopher Powell, ilmuwan peneliti mesin utama di Argonne. Powell, peneliti pascadoktoral Aniket Tekawade dan yang lainnya menggunakan pencitraan sinar-X untuk menemukan bahwa ketidaksempurnaan produksi mengakibatkan daerah bertekanan rendah di dalam nosel saat bahan bakar disemprotkan. Hal ini menyebabkan bahan bakar menguap di wilayah ini, membentuk kantong gas di dalam nosel yang pada akhirnya dapat mengikis baja.

Tim mengotomatiskan banyak aspek eksperimen; mulai dari mengambil gambar sinar-X hingga memutar nosel injektor bahan bakar sehingga gambar dapat diambil pada berbagai sudut. Menggunakan injektor bahan bakar produksi memungkinkan mereka melakukan eksperimen pada tekanan yang sangat tinggi yang biasa terjadi pada mesin diesel, tetapi menimbulkan tantangan untuk melihat melalui bodi baja. Ini berbeda dari eksperimen aliran fluida sebelumnya oleh orang lain, yang biasanya menggunakan replika nozel plastik atau kaca transparan pada tekanan rendah untuk melihat aliran fluida di dalamnya. Tekanan injektor bahan bakar yang sebenarnya akan memecahkan kaca atau replika plastik.

“Bahkan dengan salah satu sumber sinar-X terkuat di dunia, hampir 99% dari semua foton sinar-X dari sumber tersebut diserap oleh badan baja dan kita hanya memiliki 1,5% foton untuk menunjukkan cairan mengalir di dalam injektor, ”kata Tekawade. “Selain itu, foton sisa memiliki energi yang sangat tinggi sehingga bahan bakar cairnya 99,97% transparan.”

“Sungguh menarik bahwa kita masih bisa melihat antarmuka cairan / gas melalui badan baja tebal nosel, dengan beberapa mikrodetik dan resolusi mikrometer,” kata Kamel Fezzaa, fisikawan di divisi X-ray Science Argonne dan rekan penulis di kertas.

Tantangan skala termasuk memproses sejumlah besar gambar sinar-X yang diambil selama percobaan 30 jam (lebih dari 100.000 gambar, setara dengan 2 terabyte data) untuk meningkatkan kontras yang buruk yang disebabkan oleh kecilnya proporsi cahaya sinar-X yang dapat melewati baja.

Alat pengolah gambar dibuat dan digunakan oleh Tekawade untuk memproses gambar sinar-X menjadi peta aliran fluida 3D. Untuk membantu orang lain menggunakan gambar yang diperoleh dalam kondisi cahaya redup, Tekawade membuat perangkat lunak sumber terbuka, yang dikembangkan dari algoritme pembelajaran mendalam.

Perangkat lunak sumber terbuka Tekawade, CTSegNet, dapat diakses di tautan berikut: github.com/aniketkt/CTSegNet.

Pendanaan untuk penelitian ini disediakan oleh Kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan Departemen Energi, Kantor Teknologi Kendaraan.

Kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan mendukung penelitian tahap awal dan pengembangan efisiensi energi dan teknologi energi terbarukan untuk memperkuat pertumbuhan ekonomi AS, keamanan energi, dan kualitas lingkungan.

Tentang Sumber Foton Tingkat Lanjut
Advanced Photon Source (APS) Departemen Energi AS di Laboratorium Nasional Argonne adalah salah satu fasilitas sumber cahaya sinar-X paling produktif di dunia. APS memberikan sinar X-ray kecerahan tinggi untuk komunitas peneliti yang beragam dalam ilmu material, kimia, fisika benda terkondensasi, ilmu kehidupan dan lingkungan, dan penelitian terapan. Sinar-X ini cocok untuk eksplorasi material dan struktur biologis; distribusi unsur; kimia, magnet, keadaan elektronik; dan berbagai sistem rekayasa yang penting secara teknologi mulai dari baterai hingga semprotan injektor bahan bakar, yang semuanya merupakan dasar dari kesejahteraan ekonomi, teknologi, dan fisik bangsa kita. Setiap tahun, lebih dari 5.000 peneliti menggunakan APS untuk menghasilkan lebih dari 2.000 publikasi yang merinci penemuan yang berdampak, dan memecahkan struktur protein biologis yang lebih penting daripada pengguna fasilitas penelitian sumber cahaya sinar-X lainnya. Ilmuwan dan insinyur APS berinovasi pada teknologi yang menjadi inti dari kemajuan akselerator dan operasi sumber cahaya. Ini termasuk perangkat penyisipan yang menghasilkan sinar-X kecerahan ekstrem yang dihargai oleh para peneliti, lensa yang memfokuskan sinar-X ke beberapa nanometer, instrumentasi yang memaksimalkan cara sinar-X berinteraksi dengan sampel yang sedang dipelajari, dan perangkat lunak yang mengumpulkan dan mengelola sejumlah besar data yang dihasilkan dari penelitian penemuan di APS.

Penelitian ini menggunakan sumber daya Sumber Foton Lanjutan, Fasilitas Pengguna Kantor Ilmu Pengetahuan AS DOE yang dioperasikan untuk Kantor Sains DOE oleh Laboratorium Nasional Argonne berdasarkan Kontrak No. DE-AC02-06CH11357.

Laboratorium Nasional Argonne mencari solusi untuk menekan masalah nasional dalam ilmu pengetahuan dan teknologi. Laboratorium nasional pertama bangsa, Argonne melakukan penelitian ilmiah dasar dan terapan terdepan di hampir setiap disiplin ilmu. Peneliti Argonne bekerja erat dengan para peneliti dari ratusan perusahaan, universitas, dan federal, lembaga negara bagian dan kota untuk membantu mereka memecahkan masalah spesifik mereka, memajukan kepemimpinan ilmiah Amerika dan mempersiapkan bangsa untuk masa depan yang lebih baik. Dengan karyawan dari lebih dari 60 negara, Argonne dikelola oleh UChicago Argonne, LLC untuk Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS.

Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS adalah pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat dan sedang berupaya untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi https://energy.gov/science.


Diposting Oleh : http://54.248.59.145/

About the author