美国能源部公布4个高性能计算应用项目推动先进制造发展

美国能源部能源创新高性能计算(HPC4EI)网站11月13日公布,其制造业高性能计算(HPC4Mfg)专题启动4个项目。HPC4Mfg专题由能源部先进制造办公室(AMO)资助,并由劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)领导,旨在将先进的计算专业知识与技术应用于制造业、推进创新的清洁能源技术、减少能源和资源消耗以及增强制造商的竞争力。本次公布的四个项目分别是高效的大型热解系统、增材制造用钛合金开发、设计采用先进换热器实现更快热传导、通过机器学习(ML)建立热塑性复合材料工艺过程-性能关联,以下对这四个项目进行简要介绍。

一、高效的大型热解系统该项目将由CHZ技术公司以及国家可再生能源实验室合作开展,CHZ技术公司的Thermolyzer™(图1)技术可将废烃物质清洁且安全的转化为燃气等副产品,可将大量塑料制品转化为能源。但是热分解是个复杂的过程,具有高异变性的原材料在气化过程中会产生多种物质,并且反应器内部的几何形状与温度梯度也很复杂。为了深入了解其中的物理化学相互作用,并得出获得最大热解效率的最佳操作条件,该项目采用高性能计算对反应器进行建模。该项目将形成高效的大型热解系统(具备约200吨/天的处理能力),可显著减少美国废弃塑料的积压。

美国能源部公布4个高性能计算应用项目推动先进制造发展

图1  Thermolyzer设备

二、增材制造用钛合金开发该项目将由雷神技术研究中心(RTRC)以及橡树岭国家实验室(ORNL)合作开展,旨在解决目前增材制造过程中因合金成分和微观结构未经过针对性设计导致的固有缺陷和不良微观结构问题。计划采用基于模型的工具对增材制造技术所使用的钛合金进行设计,获取所需的微观结构,从而改善其在航空航天领域和车辆中的应用效果。RTRC和ORNL将使用基于高性能计算的相场模拟和试验验证来设计新型钛合金,这种新型钛合金在增材制造过程中能够形成细小的等轴晶粒,从而有望替代当前采用的钛合金。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

三、设计采用先进换热器实现更快热传导该项目将由材料科学公司(Materials Sciences LLC)以及劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)合作开展,计划将基于拓扑优化的设计、高性能计算以及增材制造技术,克服传统制造方法存在的设计与成本局限性,开发效率达到85%以上的高压高温换热器(HEX),并使体积减少50%。如果目标实现,该技术可以为发电以及航空航天工业节省大量能源。

四、通过机器学习建立热塑性复合材料工艺过程-性能关联该项目将由ESI北美公司(ESI NorthAmerica,Inc.)以及太平洋西北国家实验室(PNNL)合作开展,旨在开发一种数据驱动方法,将材料和制造工艺特征与复合材料零件的机械性能建立关联。复合材料具有良好的比强度、抗疲劳性以及耐腐蚀/耐火性,可用于应对轻量化挑战。由于改善性能需要调整大量参数,因此需采用计算工具来开发具有增强性能的复合材料。该项目将采用高性能计算和数据分析来优化设计、缩短上市时间,并最终建立无需专用高性能计算资源即可供美国工业界使用的模型。

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