CO₂作为自然替代工质一直受到了人们的广泛关注。在空调及热泵领域,跨临界CO₂循环的应用取得了很大的进展。气体冷却器是跨临界CO₂热泵系统的重要部件,其换热性能的优劣直接影响到整个热泵系统的性能。目前,CO₂紧凑型气体冷却器主要有微通道、套管和缠绕螺旋槽管等形式。其中,CO₂缠绕螺旋槽管式气体冷却器不仅具有结构优势,而且易于加工推广,非常适合应用于CO₂热泵热水器。但是对超临界CO₂在螺旋管内的冷却换热和阻力特性研究还处于空白,尚不清楚其换热和流动机理。针对这一现状,本文对超临界CO₂在螺旋管冷却对流换热和阻力特性进行了实验研究和数值计算。本文设计并搭建了超临界CO₂在螺旋管内冷却过程中的换热和阻力特性研究的实验系统。为了验证实验系统的可靠性,先对超临界CO₂在水平直管内的流动换热进行了实验研究。分析了质量流速、压力等对流动换热的影响,并引入Ri数分析浮升力对超临界CO₂在水平直管内冷却换热影响,并将换热系数实验值和已有的换热关联式计算值作对比,结果表明实验数据和系统具有较高的可靠性。开展对超临界CO₂在螺旋管内的冷却对流换热实验研究,分析质量流速、压力对换热和压降的影响,并与超临界CO₂在水平管内流动换热进行对比。研究结果表明,螺旋管内的换热系数和压降均大于水平直管内的换热系数和压降,换热系数和压降随质量流速的增加而增大,换热系数在准临界点达到峰值并随压力的升高而降低。压降随着流体温度的升高而升高。在准临界点之前,压力对压降基本没有影响,在准临界之后,随着压力的升高压降减小。由于超临界CO₂的热物性在准临界点附近变化剧烈,将比热容和密度引入到Dittus-Boelter关联式中,提出了一个新的换热关联式。实验值和拟合的关联式计算值相比误差在20%内。开展在一定热流密度工况下超临界CO₂在水平圆管和螺旋管内的冷却对流换热的数值模拟研究,分析管内截面的温度、速度、二次流、湍动能的分布情况,阐述超临界CO₂在水平管和螺旋管内流动换热机理的不同,并研究热流密度对换热的影响。结果表明由于超临界CO₂在螺旋管内受到离心力、浮升力的耦合作用产生的二次流,加强了管内流体的扰动,其换热系数和压降均大于直管。在似液体区,热流密度对换热没有影响,在似气体区,热换系数随着热流密度的增加而增大。