设计了一个低温级带回热器的CO2-C3H8复叠制冷循环低温预冷系统（213K），并进行了低温预冷系统的参数选择和优化设计。该系统高温级循环采用CO2、低温级循环采用C3H8作为循环工质。通过对该系统的理论计算，得出了中间温度、复叠温差及低温级蒸发器冷端温差对系统性能系数的影响曲线；通过进一步的优化分析获得了系统最佳中间温度及对应的系统性能系数COP与复叠温差-低温级蒸发器冷端温差以及制冷温度-冷凝温度的关联式。

对替代工质R404A／R23和原工质R22／R13进行了热物性及系统运行参数方面的比较分析，完成了一套采用替代工质R404A／R23的复叠制冷试验机组的系统设计，并对R404A／R23复叠系统进行了试验验证。结果表明，尽管使用替代工质R404A／R23的系统较原系统的制冷量略有降低，但其它系统运行参数均优于R22／R13系统，系统的可靠性大大提高。