热泵作为一种典型的能量梯级利用的供热方式,在生活、工业等各方面得到广泛应用。但传统热泵利用氟利昂等工质作为制冷剂,加剧了地球的温室效应并对臭氧层产生了很大破坏。自然工质二氧化碳作为热泵系统的制冷剂,对环境无污染,换热效率高,成为人们关注的重点。本文以跨临界二氧化碳热泵水-水系统作为研究对象,通过对二氧化碳热泵系统的热力分析,利用集中参数法,建立了跨临界二氧化碳热泵系统气冷器、蒸发器、压缩机等关键设备的仿真模型,通过各设备进出口的相互关系,建立了热泵系统的稳态仿真模型。在仿真计算过程中,EES(Engineering Equation Solver)作为一种工程方程求解软件,其内部内置了大量数学和热力学函数,为解决工程热力学、流体力学以及传热学等问题提供了快捷方便的方法。本文利用EES软件对跨临界二氧化碳热泵系统的热力循环进行了分析计算,利用MATLAB软件编写了系统仿真程序,并利用REFPROP软件获取工质物性。通过计算结果,分析了系统的输入参数:冷却水、冷冻水的进口温度、工作压力的变化对系统性能的影响,为实际系统的设计及应用提供了依据。在仿真分析与计算的基础上,本文对跨临界二氧化碳热泵系统进行了结构设计与设备的选型,确定了系统结构及设备参数。本文在换热器的设计过程中,在夹点分析的基础上,通过寻求工质与水换热过程的沿程最小夹点温度,确定了相关换热器的换热面积,为跨临界二氧化碳热泵系统的换热设备的设计与优化提供了方法与依据。