双级压缩是提高CO2跨临界制冷循环性能系数COP的有效途径,且中间完全冷却形式的性能优于中间不完全冷却形式。对于中间完全冷却CO2跨临界双级压缩节流循环,节流形式有一次节流（STDC循环）和两次节流（DTDC循环）。分析了高压压力和气体冷却器出口温度对STDC循环和DTDC循环的性能影响,并与CO2跨临界单级压缩（STSC）节流循环进行了比较。结果表明：在给定条件下,DTDC循环的COP值最大、STDC循环的最优高压压力值最高;随着气体冷却器出口温度的升高,3个循环的最大COP均减小,最优高压压力均升高,压缩机的等熵效率均降低。对于DTDC和STDC循环,最优中间压力值偏离高压压力与低压压力的几何平均值,但是对系统的性能系数影响不大。

由于臭氧层破坏和温室效应的不利影响，用自然工质替代合成工质越来越受到国内外制冷界的重视。在几种常用的自然工质中，除水和空气以外，CO2是与环境最为友善的制冷工质之一。CO2使用安全，无毒；物理化学稳定性好；单位容积制冷量大，有利于减少装置体积；在超临界条件下，它的流动传热性能好；此外，CO2容易获取，价格低廉，不需要回收，

建立了同时采用双级压缩和利用喷射器代替节流阀的CO2跨临界双级压缩，喷射制冷循环模型，在系统稳定运行的条件下，分析了高压压力、气体冷却器出口温度、蒸发温度和高、低压压缩机吸气过热度对循环性能的影响，并与CO2跨临界单级压缩／喷射制冷循环和双级压缩制冷循环进行了比较。结果表明：在给定条件下，双级压缩／喷射循环的性能系数明显优于其他两种循环；随着气体冷却器出口温度的升高和蒸发温度的降低，循环的性能系数分别降低了54．9％和43．2％，并且其下降速度大于双级循环的性能系数下降速度；高、低压压缩机吸气过热度升高均导致双级压缩／喷射循环性能系数降低。

通过建立模型分析比较了CO2跨临界双级压缩带节流阀与带低压膨胀机制冷循环的性能。结果表明:双级压缩CO2跨临界带节流阀与带低压膨胀机制冷循环的最佳中间压力并不是高低压的几何平均值;在一定的气体冷却器出口温度下,双级压缩CO2跨临界带低压膨胀机制冷循环有一个最佳高压侧排气压力,与带节流阀循环相比,其最大COP可提高20%,但当高压侧压力低于最佳值时,低压膨胀机对系统COP的影响随着高压侧压力的减小而逐渐变得不明显;在双级压缩CO2跨临界带低压膨胀机制冷系统优化设计中,中间冷却应采用完全冷却型式。

通过建立模型分析比较了CO2跨临界双级压缩带节流阀与带低压膨胀机制冷循环的性能。结果表明：双级压缩CO2跨临界带节流阀与带低压膨胀机制冷循环的最佳中间压力并不是高低压的几何平均值；在一定的气体冷却器出口温度下，双级压缩CO2跨临界带低压膨胀机制冷循环有一个最佳高压侧排气压力，与带节流阀循环相比，其最大COP可提高20％，但当高压侧压力低于最佳值时，低压膨胀机对系统COP的影响随着高压侧压力的减小而逐渐变得不明显；在双级压缩CO2跨临界带低压膨胀机制冷系统优化设计中，中间冷却应采用完全冷却型式。