提高可再生能源利用比率,构建绿色低碳的能源体系是我国能源转型的重要措施。然而可再生能源的间歇性和波动性制约了其发展。压缩空气储能（CAES）能够适时的吸收和释放能量成为目前研究的热点。膨胀机作为压缩空气储能的关键部件,其性能对系统性能的影响至关重要。喷雾换热能够极大提高膨胀机换热效率,使膨胀机工作过程趋于等温过程,进而提高能量利用效率。但目前喷雾换热与膨胀机性能之间的耦合机理并不清晰,传统的分析方法难以获得膨胀机缸内参数的变化规律。为此,本文基于CFD动网格技术,研究了活塞式膨胀机的内部特性,进而研究了水喷雾换热的膨胀过程。本文具体研究内容如下:（1）首先,利用p-V图,从能量的角度展现了等温膨胀做功相对于绝热膨胀做功的优势,表明:等温膨胀的输出功大于绝热膨胀的输出功。由此,引出基于水喷雾换热的活塞式膨胀机。（2）其次,利用CDF动网格技术对双进气双排气活塞式膨胀机进行了非稳态仿真。仿真表明:膨胀机气缸内温度先迅速上升后持续下降;膨胀机排气过程开始时,膨胀机内部压力还较大,可对剩余压力能进行二级利用;膨胀过程存在涡流,造成压力损失。仿真研究得到了进气温度、进气压力与膨胀机输出功率、效率关系曲线。搭建活塞式膨胀机实验平台,多工况下对比二者结果,误差小于5.5%,验证了仿真的正确性。（3）然后,利用Fluent软件使用DPM模型建立了水喷雾系统。压缩空气-水雾耦合仿真表明向气缸内喷入水雾,提升压缩空气膨胀做功过程的温度。对比水喷雾换热膨胀和绝热膨胀的p-V图,得出:水喷雾换热模型在膨胀过程产生的功率较大,压缩过程消耗的功率较小。基于水喷雾换热模型的输出功大于绝热模型的输出功。（4）最后,通过正交试验得到喷雾压力、喷雾温度、水雾颗粒直径与活塞式膨胀机输出性能的关系。采用SPSS极差分析法计算表明:对系统输出功率影响程度由大到小依次为喷雾压力、喷雾温度、水雾颗粒直径;对系统效率影响程度由大到小依次为喷雾温度、喷雾压力、水雾颗粒直径。确定最优喷雾参数组合为喷雾温度:373K、喷雾压力:0.8MPa、水雾颗粒直径:10μm。