能源与环境问题日趋严峻,对内燃机节能减排提出了更多的要求,其中内燃机余热回收是实现节能减排的关键技术手段。以CO2混合物为工质的动力循环可以较好的适应内燃机余热特性且能在一定程度上改善系统的冷凝问题,具有很好的应用前景。目前关于混合工质动力循环系统的研究大多集中于部件设计及系统的稳态计算,缺乏对其动态特性及控制策略的研究。然而,由于内燃机工况的频繁波动,系统常常在变工况下运行,所以研究系统的动态特性和控制策略对保证系统在整个运行工况范围内的安全高效运行具有重要的意义。因此,本文针对内燃机余热回收CO2混合工质动力循环,从动态模型建立、动态特性、控制策略等层面开展了详尽的理论探索,为余热回收的实际应用提供指导依据。首先,本文构建了不同结构的CO2混合工质动力循环系统的动态仿真模型。针对系统的关键部件加热器和冷凝器,根据其工作过程中工质的不同状态选取了有限体积法和移动边界法进行建模,权衡计算时间和模型精度确定网格数,并利用实验数据进行标定及验证。验证结果表明,模型的平均计算误差均不超过10%。基于所建立的动态仿真模型,研究了工质配比以及循环结构对系统动态特性的影响。首先以基本循环为仿真平台,选取了三种不同的CO2混合工质,分别在不同配比下观察系统的动态特性。研究发现,随着混合工质中制冷剂配比的提高,系统的响应速度变慢,且制冷剂的加入会使得系统输出功和效率的最优点向着泵转速较低的方向偏移。然后,对比四种不同结构系统在内燃机变工况条件下的动态特性,发现换热器的换热性能和工质的热惯性对系统的动态响应速度有很大的影响。工质比热容峰值出现在换热性能较差的回热器中,会严重降低系统响应速度,因此回热系统的响应速度明显慢于其他系统。此外,研究还发现预热器的加入有助于减缓系统非设计工况下的波动性,而回热器的加入会加剧波动性。因此综合系统净输出功和波动性两方面,预回热系统具有最佳性能。以上对系统动态特性的机理性研究,可以很好地指导控制系统的设计和循环结构的选型。最后,本文以稳定性好且输出功大的预回热系统为控制对象,在权衡动力性与经济性的基础上将CO2与制冷剂配比设定为0.7/0.3,探索不同控制策略对系统动态特性的影响,包括缓慢工况阶跃及瞬态工况阶跃下的系统特性。结果表明,不同的工况条件下不同控制策略具有不同的适用性,在缓慢工况阶跃下基于稳态标定的优化控制策略可获得较好的系统稳定性和较大的净功提升,而在瞬态工况阶跃下恒压控制具有最好的控制效果。