为了探索CO2跨临界双级循环系统性能提高的方法，基于热力学循环分析方法，对CO2跨临界双级压缩循环建立了数学模型，并进行了理论分析．结果表明：在分析的几种循环中，2个气体冷却器双级循环最优高压最高，带中间冷却器和膨胀机双级循环最优高压最低；低压缩机效率对整个循环性能的影响要比高压缩机效率更为显著；带中间冷却器的循环存在最佳质量分配比；随蒸发温度增加，带中间冷却器的循环要比2个气体冷却器的循环最优中间压力变化要小；气体冷却器出口温度对循环性能的影响，要比蒸发温度的影响大；相同条件下，2个气体冷却器带膨胀机双级循环和带中间冷却器和膨胀机双级循环性能最优，2个气体冷却器双级循环性能最差，膨胀机循环性能要普遍优于节流阀循环性能．

为研究CO2在热泵领域的应用,设计并搭建了CO2跨临界循环水源热泵系统试验台,研究系统在不同工况下运行的性能参数.试验结果表明：在水源温度为30℃,初始水温度为25℃,蒸发温度为10℃,终止水温度为60℃和65℃,蒸发器侧的水热源流量为0.6 m^3/h条件下,系统COPH随着高压侧压力的升高,呈现出先升高后降低的趋势,最大COPH为4.4,与其相对应的高压侧压力为最优高压侧压力.

在应对全球变暖,高效环保工质的替代研究中,跨临界CO2循环得到了重视。本文搭建了直流变频空气源CO2热泵热水系统实验装置;在最佳充注量0.880kg工况下,分别通过改变压缩机频率、电子膨胀阀开度、水流量来研究了该机组的性能。结果表明：该机组能产生65℃以上高温热水;其相应高压压力达9.5MPa以上,机组处于跨临界运行。在合理匹配压缩机频率、气冷器进水流量和电子膨胀阀开度等参数的基础上,可使机组高效运行,实现节能减排的目标。

本文以R134a、R290和CO2制冷剂为研究对象,分别对三种单、双级循环的性能进行对比。结果表明,随蒸发温度增加、压缩机效率升高和冷凝器出口温度降低,所有循环性能均提高,单级CO2循环存在最优排气压力;用膨胀机代替节流阀可以显著提高CO2跨临界循环COP;低压级压缩机的效率比高压级压缩机对系统性能影响明显。双级循环中,CO2循环最优中间压力远高于其它两种循环。本研究为高效、节能的空调和热泵产品开发提供基础资料。

在应对全球变暖,高效环保工质的替代研究中,跨临界CO2循环得到了重视。本文搭建了直流变频空气源CO2热泵热水系统实验装置;在最佳充注量0.880kg工况下,分别通过改变压缩机频率、电子膨胀阀开度、水流量来研究了该机组的性能。结果表明该机组能产生65℃以上高温热水;其相应高压压力达9.5MPa以上,机组处于跨临界运行。在合理匹配压缩机频率、气冷器进水流量和电子膨胀阀开度等参数的基础上,可使机组高效运行,实现节能减排的目标。

在设计工况下，建立了用于CO2跨临界循环热泵热水器的套管式气冷器的稳态分布参数模型，对其结构参数进行了敏感性分析，指出了它们的合理变化范围：管内套1根管时，内管外径应至少大于8．00mm，低于10．00mm，外管内径应在11．00mm以上，13．00mm以下；管内套多根管时，3根管性能最优。优化设计结果对CO2气冷器产品的开发具有一定的指导意义。

为了提高CO2跨临界循环系统的效率，可以采用双级压缩。分析了给定双级系统的最优工况点，一级节流双级压缩系统的最优中间压力以及最优高压压力随不同参数的变化趋势性能，得到了最优高压压力与最优中间压力的关联式，为双级系统的设计提供了理论支持。

将两级压缩与CO2跨临界循环技术相结合,设计了一套以小型CO2两级压缩制冷循环为制冷系统的冷藏柜。研究该CO2系统及冷藏柜在C,D2种测试工况下的性能,并与在相同条件下的CO2单级压缩试验进行比较。结果表明:对于两级压缩制冷循环,C工况下的COP高于D工况,蒸发温度则低于D工况;C、D工况下,CO2两级压缩制冷循环的COP分别比单级压缩制冷循环高11%~15%、15%~17%,排气温度分别低26~30℃、29~32℃;机组在2种工况下分别运行12h、17.5h后,负载温度降至7.2℃,运行时间分别小于标准要求的19h和24h;证明了将CO2两级压缩制冷循环系统运用于冷藏柜中可提高系统性能,为今后CO2冷藏柜的设计提供依据。

为了对比CO2与常规工质在单级压缩制冷循环中的性能,运用当量温度法理论对两者进行了分析。分别比较了当量蒸发温度为0℃或当量冷凝温度为40℃时,CO2与常规工质在单级压缩制冷循环中的COP和制冷量、制热量随当量冷凝温度和当量蒸发温度的变化情况;计算了不同吸气过热度下回热循环与基本循环的制冷系数的比值。结果显示,基本的单级CO2跨临界循环的性能和制冷量、制热量低于常规制冷循环;在添加回热器后,CO2跨临界循环系统的性能得到了很大的提高。

基于CO2跨临界循环系统原理，对三种单级循环进行了性能分析。结果表明：SCV循环、SCV＋IHX循环和SCE循环都存在最优高压压力；随压缩机排气温度变化，SCV循环系统COP最小，SCE循环COP最大；随着蒸发温度的增加，三个单级循环COP均增加，SCE循环性能最优，SCV循环性能最差；随着气体冷却器出口温度的增加，三个单级循环COP均下降，SCE循环性能最优，节流阀SCV循环性能最差。与蒸发温度相比，气体冷却器出口温度对最优高压压力的影响较大。