随着对液氮发动机的深入的研究，各国学者十分重视发动机稳定性评定，我们发现液氮的汽化效率决定着整个液氮发动机的工作效率，目前各国研究者正在致力于研制一种能提供稳定，充足的高压气体的液氮发动机配气装置，以保证液氮发动机正常工作。

　　2液氮发动机配气装置的工作原理

　　风扇换热器配气筒气动发动机预换热器排出低温泵LN2。液氮发动机配气装置工作原理，工作时液氮经过低温泵升高至一定的压力，然后进入预换热器对液氮进行预热，再进入换热器，在换热器中吸收热量成为高压气体，然后进入气动发动机做功，实现机械能的输出，做功完成后产生的尾气再流回预换热器。

　　预换热器的应用是对工作原理的优化，液氮罐内压力为0.1MPa，温度为77K的液氮通过低温泵压缩至接近系统的工作压力，流进预换热器器进行进换热器前的预热。从能量转化的观点，预换热器并不是必需的，它的作用主要是为了降低对换热器的要求，并且可以减少换热器的结霜。从预换热器出来的气体进入换热器与外界环境进行热交换，使氮气温度达到接近环境温度，最后在配气筒中形成高压，近似常温的气体进入气动发动机膨胀做功。从理论上分析，液氮发动机利用低温储能可以达到与传统内燃机以高温储能同样的做功效果。

　　3液氮发动机的热力过程分析

　　由热力学知识可知，对于在循环过程中存在气液相变的热力循环，采用朗肯循环是最基本的蒸气动力循环。为此我们拟采用开式朗肯循环进行热力过程分析。

　　温―熵图中开式朗肯循环在临界压力下工作。1―2为液氮的压缩过程。由于压缩过程是在液体状态下进行的，因此泵功是相对很小的值。2―3为流体流经预换热器和换热器的过程，是一个等压过程。3―4和3―4′分别表示等温膨胀过程和绝热膨胀过程。

　　可以看成是一个绝热过程，每千克液氮所需泵功为：Wp=h2-h1式中：h1，h2―图2所示1点，2点状态下液氮的比焓。

　　过程2-3为氮的等压吸热过程，每千克液氮从外界吸收的热量为：q1=h3-h2过程3-4为等温膨胀过程，此时每千克质量氮气所做的功为WT=RT31nP3P4当膨胀过程为绝热过程3-4′时，每千克氮气所做的功为Ws=h3-h4′不考虑泵的机械损失，循环的火用效率可表示为对于等温膨胀过程为：ηT=WT=WpE对于绝热膨胀过程为：ηs=WS-WpE由上述分析可以看出，为了进一步利用液氮所具有的冷量火用，提高和改善液氮汽车的单位质量可用能和火用效率，应尽可能提高和改善换热器的性能。为此在等温膨胀的情况下，可以采用排放的氮气回热对进入换热器前的液氮进行预热，从而减轻换热器的换热负荷，并有助于避免由于换热器表面结霜而引起换热热阻增加，换热性能恶化，从而影响可用能的输出和相应的火用效率。同样由于在相同的膨胀条件下，采用等温膨胀比绝热膨胀可以获得更大可用能和相应的火用效率，因此应尽可能增强液氮与外部环境的热交换。因此有关换热的研究和换热器的设计，对于提高和改善液氮汽车的性能具有十分重要的意义。

　　4液氮发动机配气装置性能的实验研究

　　液氮发动机配气装置的主要功能是将低温液氮通过换热器与外部环境进行热交换，产生具有一定质量流量和压力的气体，以满足气动发动机的工作要求。

　　本文利用台架实验手段对气动发动机配气装置进行了全面的性能试验，在气动发动机各种运行工况下，通过测量液氮流入换热器的质量流量，温度，换热器出口压力等参数，得到了液氮质量流量和出口压力的曲线，并对比实测结果和软件模拟结果，对配气装置的性能及其主要影响因素做出了分析与评价。

　　实验所用的换热器为160m3/h低压汽化器，其技术特性，如1表所示。

　　kg/h时，与换热器的出口压力成正比分布；当液氮流量高于50kg/h时，随着流量的增加出口压力增加的速率减慢。这主要是由于换热器的换热性性能不能满足需要，导致一部分液氮不能充分气化，因此可以对换热器的结构进行优化设计，提高汽化效率。

　　保持液氮流量Q=60kg/h不变，系统压降随入口压力的变化。总体来说，压差和入口压力的大小关系不大，影响压降的更多的是换热器的结构。就本模型而言，增加入口的压力能适当的降低流体的压降损失，但是当压力超过0.6MPa后，系统的压降又有小幅的回升。

　　5结论

　　液氮发动机配气装置是通过吸热膨胀做功供给驱动能量的，因此换热器的汽化效率决定着整个液氮动力系统的工作效率。通过实验发现，本文所设计的液氮配气装置的出口压力和进出口压力差均能能满足液氮发动机的工作要求，并且本装置具有做功方式简单，结构紧凑的优点，避免了高压气体在运输和填充上的不便，而且在经济性方面液氮发动机汽车相对于其它零排放汽车更具有优势。