我国工业能耗中50％以上以中低温热能的形式排放，回收利用这部分余热资源对我国的节能减排具有重要意义。本学位论文依托国家重点基础研究发展计划（973计划）和国家自然科学基金等项目，围绕适于中低温余热资源的功冷联产系统，从循环耦合机理、系统集成和实验验证等方面开展研究。　　 正逆循环耦合机理研究。应用虚拟手法和等效作功效率概念等构建功冷联产系统中正逆循环的能量耦合和物质耦合模型，以揭示正逆耦合循环高效利用中低温显热热源机制，科学描述正逆耦合循环系统特性规律。研究了正逆循环间能量耦合，把热能的梯级利用从对外热源的梯级利用拓展到对循环内部热能的梯级利用。发现正逆循环耦合温度直接影响了系统不同产品的比例和热能梯级利用的有效性，进而对系统性能产生重大影响。并研究了正逆循环之间的物质耦合，发现逆循环回收正循环排热的同时，也可以回收其工质中可用于制冷的有效成分，从而把正逆循环从单纯的能量耦合拓展到物质与能量的双重耦合，扩大了正逆循环耦合的优势。　　 功冷联产系统集成研究。基于正逆循环耦合机理，集成开拓出闭式和开式两类适于中温烟气余热的氨水工质功冷联产系统，并进行了详细的模拟分析（包括与参比系统的对比分析和(火用)分析），揭示了联产系统性能随透平排气压力、工质浓度、热源温度和冷却水温度等变量变化的特性规律。闭式正逆循环耦合的联产系统侧重能量梯级利用耦合，将透平排气冷凝热的高温部分和中温部分依次用于制冷子循环的精馏过程和溶液预热过程，实现了透平排热在制冷子循环中的高效利用，也实现了中低温余热的高效梯级利用。而开式正逆循环耦合的联产系统拓展为物质与能量的双重耦合，将透平排气作为精馏过程的上升蒸气，实现了透平排气所含热能和氨工质在制冷循环中的双回收利用。研究表明，两类功冷联产系统都具有良好的性能，当热源烟气温度为350℃时，闭式和开式功冷联产系统的等效作功效率分别为18.1％和19.2％，与分产系统相比的节能率均可达20％以上。　　 正逆循环耦合-复合式制冷系统研究。对于仅有冷负荷需求的场合，将热源的高温部分先用于作功后再将所作的功用于驱动压缩式制冷，热源的低温部分和动力子循环的排热用于驱动吸收式制冷，把氨水动力循环、压缩式制冷循环和吸收式制冷循环有机耦合，集成开拓出闭式和开式两类高效利用中低温烟气余热的正逆循环耦合-复合式制冷系统。复合制冷系统减小了循环工质与热源较高温部分换热时的不可逆损失，将热源的高温部分先用于作功后再用所制得的功驱动压缩式高效制冷，此部分热能可取得更高的热转冷效率。计算表明，闭式和开式复合制冷系统的性能系数分别为0.722和0.726，分别比传统的余热直接驱动氨吸收制冷循环提高40％以上。　　 氨水吸收式制冷实验研究。吸收式制冷循环是余热驱动的正逆耦合循环的关键子循环，也是功冷联产系统耦合的关键环节。参与搭建了一套设计制冷量为15kW的氨水混合工质吸收式制冷实验平台。开展了设计工况和变工况下的吸收式制冷性能特性实验研究，获得大量有用数据，为余热驱动的功冷联产系统设计优化提供可靠依据。实验结果表明，设计工况下制冷量达到15.65kW，性能系数为0.49;当制冷温度降低或乙二醇溶液流量降低时，系统制冷量和性能系数有所降低。此外，提出了一种混合工质浓度的主动调控方法，为功冷联产系统运行优化提供先进手段，并在吸收式制冷循环中对该浓度调控方法进行实验验证。结果表明，当冷却水温度或流量变化时，采用浓度的主动调控方法可以使制冷系统的性能系数提高15％以上。　　 本文的研究工作为混合工质正逆耦合循环及功冷联产系统集成提供了理论和实验支撑，为中低温余热资源的合理高效利用提供了新的途径。