针对目前十分严重的环境污染与资源紧张问题,发展节能环保的新技术一直是国内外非常重视的科研重点。近年来,在余热利用方面,热泵的应用是回收低品位余废热的最佳解决办法,能够显著提高能源利用率。低GWP制冷剂的蒸汽压缩型高温热泵的研发热度正日渐提高,作为第四代天然制冷剂中的一员,水有绿色无污染、稳定性高、成本低等优势,因此将自然工质水与高温热泵结合起来可以使系统的节能性与经济性更好,故本文提出了一种离心式水工质高温热泵系统并对其进行性能研究。本文针对离心式水工质高温热泵系统,通过调用REFPROP数据库以及c语言编译系统仿真软件,基于工质理论循环计算,对比水与常规工质在高温条件下的压缩性能;分析单级与多级压缩热泵循环的热力特性;建立离心式水工质高温热泵系统数学模型并进行系统设计;基于仿真模型研究了流量、温度、转速对离心式水蒸气压缩机性能的影响规律,以及废水温度、流量等对离心式水工质高温热泵系统运行性能的影响规律。本文的研究内容与取得的成果如下:（1）单级水工质热泵循环热力特性研究:以质量守恒与能量守恒原理为理论基础,建立单级压缩热泵循环数学模型,进而对水与常规热泵工质以及不同温度水的压缩特性进行对比分析,比较指标包括单位质量制热量、排气过热度、压比、性能系数等。当蒸发温度为40℃～60℃时比较水与R134a的压缩特性,结果表明R134a的热工性能更优异。当蒸发温度为80℃～100℃时比较水与R245fa的压缩特性,结果表明选用水时系统制取的单位质量制热量较多,系统性能更好,同时压比与排气过热度较大,但是水具有绿色无污染、原料易得等优点,因此选用水作为高温热泵工质是完全可以考虑的。当比较不同温度水的压缩特性时,发现蒸发温度为100℃时的水的各项指标均优于蒸发温度为60℃的水,因此水更适合做高温热泵工质。（2）多级水工质热泵循环热力特性研究:对两级压缩热泵循环与三级压缩热泵循环建立数学模型,采用控制变量法,以蒸发温度、提温幅度、喷水比为变量分别研究其对系统性能的影响,然后研究最大喷水比下的系统性能,并对两级压缩热泵循环与三级压缩热泵循环进行对比分析。结果表明:三级压缩系统的压缩机功耗、性能系数、排气过热度等指标均优于单级压缩系统与两级压缩系统,因此在后续将系统设计为三级压缩形式。以COP最大为原则确定多级压缩循环最佳中间压力时,得出经验公式计算出的中间压力即为最佳中间压力,经验公式适用且误差较小。（3）离心式水工质高温热泵系统的数学模型构建及算法:对水工质高温热泵系统进行数学建模,主要包括冷凝器、膨胀阀、蒸发器、压缩机等。重点针对压缩机进行数学建模,压缩机的类型选择离心式压缩机,主要针对离心式压缩机结构中的叶轮部分进行数学建模,最后完成压缩机模型与系统整体求解流程图。（4）离心式水工质高温热泵系统运行特性研究:将离心式水工质高温热泵系统设计完成后,研究压缩机入口流量、入口饱和温度、转速三个参数对压缩机运行特性的影响,以及废水温度、废水流量两个参数对系统运行特性的影响。定义单位质量压缩功、压缩机总功耗、压比、提温幅度、排气过热度为压缩机运行特性参数,制热量、COP、废水出口温度、热水出口温度为系统运行特性参数,通过模拟分析,研究了以上参数对压缩机及系统运行特性的影响程度。结果显示在压缩机运行方面,可以优先选择改变转速的大小使压缩机运行工况符合要求,然后通过改变入口温度或流量的大小小幅度调试压缩机。在系统运行方面,相比于废水流量,废水进口温度能更大程度地改变系统性能系数COP的大小,调节系统效率。本文研究了单级与多级压缩水工质热泵循环的热力特性以及离心式水工质高温热泵系统的设计与运行性能,为在实际应用中的系统设计提供指导。