对于科学家和工程师来说，改善发动机和燃料性能的过程有点像驾驶单车道高速公路。他们必须经常一次开发和测试他们的设计和原型，这会减缓创新的步伐。
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计算机可以通过模拟燃料和发动机设计如何影响性能和排放来加速该过程。然而，大多数计算机一次只能处理少数几种情况 - 太少而无法在燃烧过程中全面了解燃料性能。
现在，能源部(DOE)阿贡实验室的研究人员已经将开发过程转移到了过境车道。Argonne的科学家和工程师第一次使用位于能源部科学用户设施办公室Argonne Leadership Computing Facility(ALCF)核心的Mira超级计算机，针对特定燃料精确定位发动机设计。
凭借Mira的超级计算能力，Argonne的虚拟引擎研究所和Fuels Initiative(VERIFI)团队模拟了2,000多种引擎设计组合，“将设计时间从几个月缩短到几周，”Argonne的组长和首席计算科学家Sibendu Som说。
Argonne的模拟是在Aramco研究中心 - 底特律的设计方案下进行的，底特律是沙特阿美公司北美子公司Aramco Services Company(ASC)运营的三个研究中心之一。他们研究的一个领域是寻求将发动机燃烧模式与改进的燃料特性相匹配，以创造更高效率和更低排放的运输技术。
“Argonne进行的模拟发现了两个优化的燃料发动机概念，可以显着提高燃油效率，”在底特律阿美石油研究中心专门研究计算流体动力学的实验室科学家Yuanjiang Pei说。
Aramco的底特律计划包括一系列全系统汽车研究，包括推进火花点火，压缩点火和汽油压缩点火(GCI)发动机技术。Aramco正在研究当前的市场燃料以及探索新燃料配方的开发。
“我们正在分析新燃料配方与传统燃料相比的燃烧程度，以及它们是否可以优化以更好地工作，”Som说。
通过模拟高挥发性，低烟灰燃料在许多发动机设计中的表现，“我们希望保持柴油燃料的性能，同时降低颗粒物质和氮氧化物的排放，”Som团队的Argonne博士后研究员Roberto Torelli说。
Som及其同事模拟了四种运行条件下的燃油发动机性能，以及六种活塞概念，以及各种燃油喷射器设计和燃油喷射策略。他们将最佳性能场景缩小为两个特定的活塞和喷油器设计，这些设计正由Aramco在其底特律工厂进行评估。
该研究在“CFD引导重型混合控制燃烧系统优化与类汽油燃料”一文中进行了解释，该论文源自Argonne与汽车工程师协会出版的Aramco底特律研究中心共同作者的合作。 (SAE)。
Argonne与Aramco的另外两项相关研究进一步探讨了新燃料配方在各种操作条件下的表现。Som的论文“与石脑油和N-十二烷燃料的喷嘴内流动特性的比较”与托雷利共同撰写，表明，例如，一些正在研究的燃料在进入燃烧室之前可能在燃料喷射器内空化或蒸发。
由Som和Argonne博士后研究员Pinaki Pal进行的第三项模拟研究确定了新燃料配方在低温燃烧下能够茁壮成长的条件，从而减少了排放并提高了效率。第三项研究“是我们第一次在理想的低温燃烧条件下模拟更高的十六烷汽油性能，并考虑到最佳发动机设计，”Pal说。
这些结果对于深入的燃料和发动机设计工作至关重要，详见“使用全局灵敏度分析的重型压缩点火发动机中的类汽油燃料的数值研究”，将在即将出版的印刷版中发表。在国际汽车工程师学会杂志燃料和润滑油的。