中国是世界最大的能源消费国,充分利用余热资源,对于缓解能源危机具有重要意义。VM循环热泵作为热能驱动的热泵技术,在小容量应用范围内具有很好的应用前景。但在实际运行过程中的性能系数比理论计算值偏小,因此本文采用数学建模、Matlab软件编程等方法,对余热驱动VM循环热泵进行系统性能仿真分析与优化。首先建立VM循环热泵的部件模型并确定其结构参数,在给定热泵工况下,计算得到理论热泵性能系数为2.4,理论?效率为0.23。如考虑回热损失、流阻损失、穿梭损失、泵气损失、换热器换热损失以及冷量损失等,实际热泵性能系数为1.5,实际?效率为0.15。热泵的理论性能系数约为实际值的两倍,并且回热损失、流阻损失占总损失的比例约为83%。接着对VM热泵常用的氢气、氦气和氮气三种气体工质进行了分析比较,结果表明氦气在性能和安全性上都是较为理想的选择。以氦气为工质,在其他参数保持不变的情况下,研究特定参数对热泵性能的影响,结果表明:热源温度较低时,热泵的实际?效率更大,热源温度在800~900K范围内时,实际热泵系数达到最大;循环压力为(6~6.5)×108Pa,实际热泵系数和?效率达到最大;在容积比约为15时,实际热泵系数和实际?效率达到最优;当转速在200~300rpm范围时,热泵的实际热泵系数以及实际?效率均为最大值。最后对VM热泵进行优化分析。若以实际?效率作为目标函数,低温余热更适合作为热泵的驱动热源;若以实际热泵系数作为目标函数,则选用中温余热作为驱动热源更合适。长度短、直径大的回热器,造成的流阻损失更小,同样填料直径大、孔隙率大的回热器引起的流阻损失也更小;降低回热损失的方法有加大换热面积、强化换热过程等;在推移活塞与汽缸间的径向间隙为0.6×10-3m、推移活塞长度为0.83m时,热泵的穿梭损失和泵气损失之和最小。