环境问题的突出引起人们对CO2作为制冷剂的更多关注.CO2跨临界循环需利用双级压缩技术提高循环效率,因此对核心部件双级滚动转子压缩机进行自主开发设计,分析了双级压缩机工作腔内的吸气、压缩、排气过程和结构特点;设计了一定工况下的CO2跨临界循环双级滚动转子压缩机;根据设计的结构参数进行了运动和受力分析,并以此为指导,在摩擦严重的部位进行结构特殊化处理,如在滑板端部增加密封柱,以减小摩擦和泄漏,提高压缩机效率.

CO2跨临界制冷循环存在最佳高压压力，对应着最大COP。但是，膨胀机循环的最佳高压压力与节流阀循环的最佳高压压力不同。CO2膨胀机循环的最佳高压压力主要受压缩机效率、膨胀机效率、气体冷却器出口温度以及蒸发温度等参数的影响。当压缩机和膨胀机的效率一定时，CO2节流阀循环的最佳高压压力比膨胀机循环的高。为了计算方便，对膨胀机循环的最佳高压压力进行了计算和数据回归，并给出了计算关联式。

基于氟利昂制冷剂的ODP（臭氧层破坏势）和GWP（温室效应）问题,运用热力学方法,对CO2跨临界双级压缩带回热器循环TSCV＋TGC＋IHX与不带回热器循环TSCV＋TGC建立了数学模型,并基于Visual Basic程序基础,开发了两种双级循环性能分析平台。结果表明,相同对比条件下,循环TSCV＋TGC＋IHX平均性能比循环TSCV＋TGC高5%～10%,最优中间压力比循环TSCV＋TGC低约5%～15%。本研究为高效、节能的CO2跨临界循环热泵热水器产品的开发提供了基础资料。

以热力学第二定律和卡诺定理为基础,提出了一种新的热力学分析方法-当量温度法,并以此为基准对各种制冷循环进行了分析.与传统分析方法相比,当量温度法可以得出更加公正、合理的结论.

通过对CO2单级压缩和双级压缩制冷循环的热力学分析得出,在一定的蒸发温度和冷凝温度下,CO2单级压缩制冷循环的COP比CO2双级压缩制冷循环的COP低、压差大、压比高.因此,CO2低温制冷循环系统应采用双级压缩制冷循环,为提高CO2双级压缩制冷循环的循环效率,应尽可能升高蒸发温度、降低冷凝温度,可以看出自然工质CO2双级压缩制冷循环有很好的发展前景.

以空气作为被测流体,以CO作为示踪气体,在直径为0.300m的90°弯曲管道内对示踪法测量气体流量进行了试验研究。结果表明,多点释放/多点取样比单点释放/单点取样时,取样点处示踪气体的浓度测量偏差小。释放点位于弯头上游7D～13D（D为管道直径）、取样点位于弯头下游10D～14D处,流量计算值（示踪法）与测量值（涡轮流量计）的相对误差在-2.15%～1.69%的范围内,释放点与取样点的位置越远,示踪法测量流量的相对误差越小。示踪气体的释放量需要与管道输送气体流量相匹配。对于含有脏污介质的大口径管道工业气体输送过程中的流量计,采用示踪法进行在线校准,是一种简单有效的校准方法。

通过对自然工质CO2的研究发现,超临界流体具有应用范围广、实用性强的特点,作为超临界流体技术应用研究的一个方面,空调制冷系统超(跨)临界循环是一个通用循环,该循环与传统的亚临界循环相比具有不同的特性,如用于热泵供暖、供应热水时,换热效率较高,COP有极大值等.从研究CO2跨临界循环中发现,许多特性并非CO2所固有,而具有一定的通用性.

为了提高CO2跨临界循环的性能,对系统每个部件以及整个系统的优化研究是非常必要的。因此提出了以基于系统的优化目标函数对CO2换热器的结构敏感性进行优化计算,分析了优化目标函数COPm随气体冷却器和蒸发器管径和管长的变化。计算结果表明,CO2跨临界循环系统应选择小管径和长管长。同时对优化后的新系统进行了模拟计算,其COP和制冷量分别比原系统提高了15%和18%。根据优化结果以及原有系统存在的问题,对换热器及相关部件进行了设计加工,进而建立了新的CO2跨临界水水热泵实验系统。结果显示,新系统的COP和制冷量提高了30%左右。总之,实验测试数据验证了模拟计算结果的正确性,所得结果有助于对CO2跨临界水-水热泵系统进行改善。

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。

对带中间冷却器的双级压缩制冷（TCEI）循环和带闪发器的双级压缩制冷（TCFI）循环进行了热力学分析与比较。结果表明：TCFI循环的最佳中间压力和最佳排气压力低于TCEI循环。在常规空调工况下，TCFI循环的COP高于TCEI循环。在蒸发温度从-10％变化到10℃时，TCFI循环和TCEI循环的COP相对基本循环平均提高幅度分别为32．3％和18．7％。