概述跨临界CO2制冷和热泵循环的原理，提出几个影响该循环的技术关键。介绍跨临界CO2循环的相关应用领域，指出CO2作为性能良好的自然工质有着很好的发展前景。

为了全面了解CO2在气体冷却器中的流动及传热特性以及为设计高效气体冷却器提供理论基础，对超临界CO2流体的性质进行了深入的研究，在三维图上分析了温度和压力对超临界CO2热物理性质的影响，并对超临界CO2流体进行了微观分析。结果表明，CO2的比热、密度、导热系数以及粘度在准临界点附近的变化非常剧烈。针对CO2比热的变化特点，得到了准临界温度的计算关联式，并给出了准临界区定义。CO2的密度、导热系数以及粘度变化最大时的温度与准临界温度相当接近。微观分析表明，超临界CO2流体分子间的作用力比较小，分子在临界区附近的聚集行为特别显著，这可以用来解释近临界区CO2物性独特的原因所住。

为研究应用于燃气轮机余热回收系统的超临界CO2(SCO2)径流式透平整机性能,基于RANS(雷诺时均)模型,对透平整机系统内部流场进行数值模拟,获得了SCO2径流式透平整机在起动、升速、自持及额定工况下的运行情况,并针对出口压力变化分析了透平非设计工况下的性能。模拟结果表明透平起动工况下会发生运行失稳,产生“倒吸”现象且通道内出现大面积的低速区域,但随转速增加流动趋于稳定;叶顶间隙的泄漏流会对透平的性能产生不利影响,额定工况下0.5 mm的间隙使透平减少近47 kW的功率输出,等熵效率降低6%左右;轮背密封可以起到良好密封作用,密封引入气还提高了透平整机的功率和效率;在偏离设计点工况运行时,透平可以有效应对出口压力的变化;通过对比简化通道和全周通道的仿真数据,透平轴功率和等熵效率的误差均在0.5%以内,可知应用简化通道模型仿...

为了全面了解CO2在气体冷却器中的流动及传热特性以及为设计高效气体冷却器提供理论基础,对超临界CO2流体的性质进行了深入的研究,在三维图上分析了温度和压力对超临界CO2热物理性质的影响,并对超临界CO2流体进行了微观分析。结果表明,CO2的比热、密度、导热系数以及粘度在准临界点附近的变化非常剧烈。针对CO2比热的变化特点,得到了准临界温度的计算关联式,并给出了准临界区定义。CO2的密度、导热系数以及粘度变化最大时的温度与准临界温度相当接近。微观分析表明,超临界CO2流体分子间的作用力比较小,分子在临界区附近的聚集行为特别显著,这可以用来解释近临界区CO2物性独特的原因所在。

超临界CO2特定的介质物性对干气密封的开发设计有着显著影响。以超临界CO2干气密封为研究对象,讨论了气体实际效应下的雷诺方程和能量控制方程,利用有限差分法进行耦合求解,并编制了超临界CO2干气密封流动场的数值计算程序。通过搭建试验台,测试验证了计算程序的有效性。结果表明,在参数控制合理的情况下,超临界CO2干气密封端面泄漏过程中,相态由超临界态逐渐转变为气态,有利于干气密封的运行。

干气密封流体膜与密封环间传热模型的合理选取对于准确求解密封温压分布和稳态性能至关重要。在CO2近临界工况下,对比研究了密封环等温模型、绝热模型和共轭热传递模型对超临界CO2干气密封端面温度、压力分布和开启力、泄漏率等稳态性能的影响,探讨了不同膜厚和转速条件下密封环等温模型和绝热模型的适用性,并基于共轭热传递模型研究了超临界CO2和空气介质干气密封的温压分布和稳态性能差异。结果表明:以共轭热传递模型计算结果为基准,密封环等温模型假设适用于小膜厚低速流动工况,不过开启力偏低而泄漏率偏高,绝热模型假设适用于大膜厚高速流动工况;相较于空气介质干气密封,超临界CO2干气密封在小膜厚下的温度分布和大膜厚下的压力分布基本接近,不过小膜厚下的温度更低,而在大膜厚下的压力更高。

采用建模拟合与计算两种方法研究超高压状态下超临界CO2的热力学性质。研究针对超临界CO2的密度、粘度与比热容三项指标展开,它们分别对应超临界CO2的溶解能力、流动性和真实状态。拟合结果验证超临界CO2密度在温度与压力远离临界点后变化量减少;发现温度和压力间存在竞争关系,超高压状态下,压力的影响占主导地位。超临界CO2的粘度在（10-20）MPa、（80-250）℃区间内的性质趋于气体;达到超高压状态后,性质就稳定趋向液体。超临界CO2的比热容在临界点附近有剧烈波动,而在远离临界点后变化幅度十分微小,性质趋于液体。将拟合得到的最优温度、压力应用至油水撞击实验后,得到了令人满意的结果。这说明研究采用的PR、D-S和BWRS方程在超高压状态下依旧适用,且准确性不错。

对超临界CO2流体的换热处理原则、换热特点以及换热机理进行了分析，超临界CO2流体特殊的物性变化使得其传热与常规流体不同，应该按“变物性”来处理。通过物性分析比较，与常规工质的凝结换热性能进行了对比研究，超临界CO2具有良好的传热和流动特性，超临界CO2冷却过程换热与凝结换热性能相当。进而分析不凝性气体对超临界CO2的性质及换热性能的影响，其物性值会有所减小，换热性能也有所降低。

考察超临界CO2微细管内冷却条件下流动和换热的细观信息（管内不同截面湍动能分布,无量纲速度和温度分布以及湍流雷诺数分布等）,结果表明：近壁处湍动能的变化对传热有较大影响,微细管内换热关联式需考虑浮升力的影响。对管径d=0.5,0.3,0.1 mm时,超临界CO2的换热特性进行计算分析,回归出管径小于0.5 mm时,超临界CO2在冷却条件下竖直向上流动和竖直向下流动时的换热关联式,作为对超临界CO2研究的有效补充。