介绍了二氧化碳的热物理特性，理论分析了二氧化碳跨临界循环。在讨论基本理论循环的基础上，研究了带回热器的循环、带膨胀机的循环、既带回热器又带膨胀机的循环。同时，比较了各种循环的性能系数，发现在各种循环中都存在一个最佳的排气压力使得系统的性能系数达到最大值，并且带膨胀机的循环是性能系数最优的循环。

理论分析并模拟验证了二氧化碳跨临界循环存在最优压力这一结论。通过循环模拟，得到选定工况下对应不同蒸发温度和气冷器出口温度的最优压力值，将其模拟值与现有关联式计算所得最优压力值进行对比，并对其所得误差进行分析，旨在找到准确度较高的最优压力关联式，从而为二氧化碳跨临界循环最优压力控制优化提供参考。

基于热力学第二定律，对双级压缩带中间气体冷却器、双级压缩一级节流中间完全冷却／中间不完全冷却三种循环中各过程的损失及效率进行理论分析，发现第一种循环效率较高，但是COP相对较低。中间压力的升高，使得第一种循环效率提高，其余两种循环效率略有减小。对于低温工况影响，第三种循环结构比较理想。

以超临界二氧化碳为研究对象，对其在水平管内与水成垂直交叉流动的换热特性进行了实验研究。实验结果表明，超临界二氧化碳在外部水垂直交叉流动冷却下的入口压力、质量流量、冷却水流量的变化都对换热性能产生一定的影响。并且比较了两种不同冷却方式，即在逆流和垂直交叉流形式下，Re和Pr数的变化规律；最后，利用实验数据对四个考虑不同影响因素的常用经验关联式进行了验证，指出了适合实验条件的关联式。

从热力学基本定义出发，对R744／R290这对混合自然工质的热力性质进行计算。分析比较了各种计算方法和计算结果的准确性与可靠性，为R744／R290混合工质在今后的应用提供了理论依据，并对其它混合工质的热力性质计算具有一定的指导作用。

根据跨临界制冷循环中二氧化碳在毛细管内流动过程中的状态变化,毛细管划分为超临界气体区、液体区和两相区。针对各分区建立均相数学模型并进行模拟计算。研究结果表明：毛细管内的流动主要是超临界气体区和液体区的流动,两相区的长度短,而且两相区中制冷剂的干度增加快;随着入口温度的升高,超临界气相区长度逐渐增加,而液相区长度缩短,直至接近于0 m,而两相区的长度虽然有一个先增加后缩短的变化过程,但变化幅度小,几乎不变;当其他参数固定时,毛细管总长度随入口压力成比例增长,而与入口温度成反比例增长;此外,当内径或质量流量改变时,毛细管长度变化明显。

对跨临界CO2两相流引射制冷系统性能进行了实验,分析了工况及引射器几何参数对系统性能的影响,结果表明：在实验工况范围内,跨临界CO2两相流引射制冷系统制冷量和COP随气体冷却器压力的升高而升高,随气体冷却器出口温度的升高而降低。对于使用不同喉部直径喷嘴的系统,在相同工况下,引射器喷嘴喉部直径较大的系统的性能较好。对于使用不同直径混合室的系统,随着气体冷却器压力的升高,使用小直径混合室的系统COP变化较大;当气体冷却器压力较低时,使用大直径混合室的系统COP较高,而当气体冷却器压力较高时,使用小混合室直径的系统性能较好。在相同工况下,与传统跨临界CO2循环进行比较,两相流引射制冷循环系统COP最大可提高14%。

CO2蒸发器的结构和换热效果对CO2跨临界制冷循环的性能影响较大,为了能设计出高效的蒸发器,有必要对CO2蒸发器进行性能模拟和优化研究.首先采用稳态集中参数法建立了CO2蒸发器计算模型,对制冷量、冷冻水出口温度、压降以及CO2制冷剂的干度进行了模拟计算,并与实验值进行了比较,根据两者的比较结果对模型进行了修正.然后利用该模型对CO2蒸发器进行了优化计算,主要分析了换热管径和管长对冷重比及压降的影响.结果表明,冷重比和压降都随管径的增大而下降;而随着管长的增加,冷重比上升很快,并在1.4 m左右出现最大值,压降却随管长的增加而增大.综合考虑冷重比和压降两方面因素,CO2蒸发器适合选择小管径和长管长.

摘要：针对跨临界CO2带膨胀机和带喷射器逆循环的差异，从循环工作原理、CO2超临界流体降压过程及循环性能三方面进行对比分析。利用蒸发波理论分析了CO2超临界流体降压过程，结果表明这两个降压过程均是由亚稳态经历蒸发波后发生气液两相流的，其过程均受蒸发波影响。当其他条件相同，气体冷却器出口温度为35℃时，带膨胀机仇为0．7循环的EER最大值比带喷射器肛为0．7循环的EER最大值高24％，而在蒸发温度为5℃时，前者的EER最大值比后者的EER最大值高33％。在比较工况下，跨临界CO2带膨胀机循环在膨胀机绝热效率为30％-70％时的效率普遍高于带喷射器循环在喷射系数为0．3～0．7时的效率。

密封技术是一项关系到超临界二氧化碳(Supercritical carbon dioxide, S-CO2)核动力力系统中旋转机械能否高效、安全、可靠运行的关键技术。为尽可能地减小密封泄漏,使用数值计算的手段研究了超临界二氧化碳直通式梳齿密封的泄漏特性。首先,对密封的泄漏量进行无量纲化以便后续描述密封的泄漏特性。随后,研究了密封上下游滞止工况以及密封几何参数对密封泄漏的影响。计算结果显示:温度及压力等热力学参数对密封的无量纲泄漏量影响较小;减小密封间隙,增加密封腔长,减小密封齿宽均会改善密封泄漏性能;齿高对密封泄漏的影响是非线性的,存在最优值,该最优值在齿高比腔长约为0.13时出现;增加齿数同样可以减小密封泄漏量,但这一点无法反映在无量纲化后的泄漏量上。本文的研究表明:本文采用的无量纲泄漏量可以比较准确地反映密封结构和泄漏之间的...