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.

从可持续发展观以及制冷系统的自然属性与大自然的角度出发,结合制冷剂的自然度和热力学完善度,提出了一种新的制冷和热泵系统环境性能的评价方法——制冷系统自然度。并对制冷系统自然度的评价指标进行了量化计算和分析,结果表明：各系统的自然度有很大的提升空间,采用制冷系统自然度的方法进行评价,能够为系统的改进提供指导方向。

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.

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。

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。

振动台的振动控制直接影响着振动台试验的成功。本文介绍了电液伺服振动台试验系统的框图及共振特点，阐述了在其试验过程中振动台振动控制技术的内容及控制流程图。

CO2气体冷却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气体冷却器，有必要对CO2气体冷却器进行性能模拟和优化研究：本文首先建立了CO2气体冷却器分布参数计算模型，对CO2制冷剂的出口温度、冷却水出口温度和换热量进行了模拟计算，并与试验测试结果进行了比较，验证了模型的可靠性。然后利用该模型对CO2气体冷却器进行了优化计算，主要分析了换热管径和管长对热重比及压降的影响。结果表明，热重比随管径的增大而下降，随管长的增加而增大。综合考虑热重比和压降两方面因素，CO2气体冷却器适合选择小管径和长管长。

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。

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。