为应对温室气体排放造成的全球变暖,我国提出了“碳达峰”与“碳中和”战略目标,这对能源应用领域的系统研发与技术创新提出了更高要求。喷射式大温差热电联产系统具有两换热介质、可用热源形式多样、热电同时输出且比例可调节等特点,可广泛应用于工业余热、废热回收和清洁能源高效利用场景。本文围绕喷射式大温差热电联产系统所涉及的能量转换机理和高效化构建的科学问题,构建了两介质热功转换系统热力学模型,分析其热功转换特性与不可逆因素影响规律,并对高性能喷射器结构设计与仿真、喷射式大温差热电联产系统构建与实验验证等方面开展了深入研究。针对具有两换热介质特征的复杂热力循环,构建了两介质热功转换系统热力学模型。根据热机循环和热泵循环之间的功量平衡关系,对两介质理想热功转换系统进行定性和定量分类,并建立了连续顺流型和连续逆流型两介质理想热功转换系统数学模型。热功转换特性研究结果表明,连续顺流型两介质理想热功转换系统中放热介质与吸热介质间的温度交叉现象更为明显,可以获取更大的无量纲过程功量;吸热介质等效温升可以用于判断理想热功转换系统类型,其最大值表征了输出功量极限。分析了半理想模型中不可逆耗散等因素的影响规律,存在最优热机循环区间高位热源温度使系统热力性能最优,较低的热力循环内不可逆系数会导致半理想模型热力过程无法实现。以两介质理想热功转换系统为评价基准,提出了换热完善度、吸热介质等效温升比、净输出功量效率比等评价指标,为两介质实际热功转换系统的构建与优化提供理论依据。高性能喷射器是减小系统不可逆耗散、提高热泵热力系数、实现大温差热力过程的关键部件。本文将改进的等动量混合模型与CFD仿真方法相结合,对喷射器结构型线进行优化设计。研究了不同喷射器结构中的激波位置与激波强度,并对比分析三类喷射器的失稳特性。仿真结果表明,改进的等动量混合模型喷射器在双壅塞区性能最优,而传统等压混合模型喷射器的工况适用范围更广。设计工况下,改进的等动量混合模型喷射器的推荐扩散段出口角度为5°,推荐喷嘴出口位置为1.25D4。失稳工况下,喷射器吸入室与混合室内的激波影响显著增强,临界截面处的激波影响降低甚至消失。考虑不可逆耗散影响,推导了喷射器性能的无量纲半经验集总参数模型,为两介质实际热功转换系统的高效化设计与运行特性研究提供研究基础。在两介质热功转换系统热力学模型和喷射器高效化设计的基础上,本文将喷射式热泵系统与有机朗肯循环系统相结合,构建了串联型和并联型的喷射式大温差热电联产系统,建立状态参数数学模型和（火用）分析模型,制定有机工质优选原则。不同系统结构热力性能对比研究表明,并联型系统的热源利用效率更高,热电输出比例可调,适用于输出较高温度辐射供暖水的应用场景。参数分析结果指出,存在最优发生温度使系统净发电效率最高,改变蒸发温度对热泵子系统热力性能影响显著,并联型系统可通过改变工质流量比对热电输出比例进行调节。基于上述研究成果,设计并搭建了总换热量为15k W的并联型喷射式大温差热电联产实验平台。为验证喷射式大温差热电联产系统数学模型和主要部件设计方法的正确性,本文开展了实验验证与运行特性研究工作。实验研究结果表明,实验平台启机与停机响应迅速,启停时长均小于12min。喷射器1和喷射器2的实测喷射系数分别为0.571和0.645,验证了高性能喷射器设计方法的正确性;喷射器性能的无量纲半经验集总参数模型相对误差绝对值小于0.68%,具有较高可信度。实测涡旋式膨胀机等熵效率变化范围为20.95%～38.54%。热力输出模式时,喷射器2可以实现大温差辐射供暖,比喷射器1的热泵热力系数提高3.03%、换热完善度提高2.44%、（火用）效率提高3.41%,且蒸发温度适用范围更广。电力输出模式时,实测发电机最大输出功率382.81W,净发电效率2.60%,膨胀机等熵效率为34.11%,发电机综合发电效率为57.37%,换热完善度为26.77%,与设计工况吻合程度良好。通过实验实测数据对系统数学模型进行验证,并对变工况条件下的系统运行特性进行研究。结果表明,减小冷源质量流量有利于扩大工质流量比可调范围;提高冷源出口温度有利于实现大温差热力过程,系统（火用）效率显著提高;当有机工质流量由0.023kg/s增加至0.04kg/s时,工质流量比可调范围由0～0.30扩大到0.05～0.60,有机朗肯循环内的最大净发电效率为6.03%,最大（火用）效率为33.72%。运行特性研究为实际系统提供了控制调节依据。本文对喷射式大温差热电联产系统的基础理论与技术应用展开了深入研究,对推动我国能源高效化利用与工业节能减排,落实“双碳”战略目标具有重要意义。