混合工质一次节流制冷系统结构简单,混合工质仅需经过单级压缩一次节流便可实现深度制冷,且在120~240K这一广阔温度区间内具有较高的热力学效率,在低温医疗、低温冷链、生物工程及气体液化等领域具有良好的应用前景,在微型或小型低温设备的应用上具有显著优势。采用混合工质作为制冷剂,经单级压缩后节流能够实现深度制冷的能力是由内外两方面的原因决定的:外因在于制冷系统可以实现大温区内的回热换热;内因在于混合工质独特的热物理性质。本文的目的是通过理论和试验研究深入分析混合工质对一次节流制冷循环热力学性能的影响,探求混合工质节流制冷的内在机理,为设计更加高效、可靠的制冷系统及获得最优混合工质成分提供指导。基于以上目的,本文主要进行了如下工作,并取得了一些有益的结论:1.采用MATLAB调用Refprop计算了混合工质热物性参数,并采用插值算法对物性计算方法进行优化,与改进前相比,运算速度可以提高78%,并提高了计算稳定性;2.结合混合工质的等温节流效应及积分节流效应对优化结果进行了热力学分析,通过理论解释了混合工质优化的内在机理;3.设计了一套高精度的混合工质配制及充注系统,该系统可以保证混合工质配制比例按设计要求进行;4.对三元混合工质R14/R170/R600a和R14/R23/R600a分别进行优化后进行节流制冷试验。系统的最低温度均达到了208K,后者所用的时间更短,COP达到了0.106,展现出了更优的节流制冷能力。通过TEWI评价的方法评估二者对环境的影响,发现后者虽然对环境的直接影响较大,但间接效应远小于前者;5.对四元混合工质R14/R23/R22/R600a和R14/R23/R134a/R600a分别进行优化后进行节流制冷试验。结果表明二者具有相近的节流制冷能力,最低温度均低于200K,后者在208K的COP为0.095,与三元混合工质R14/R23/R600a的试验结果相比,运行工况参数更加稳定。TEWI评价结果表明后者的环保性略优于前者。