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内燃机的节能减排对改善当前的能源危机和环境污染问题具有重大意义。内燃机余热回收技术是实现内燃机节能减排的最有效途径之一。在内燃机余热回收领域,CO2跨临界朗肯循环可以很好地适应内燃机的余热特点,使其具有比较好的应用前景。但CO2跨临界朗肯循环的高操作压力、苛刻的冷凝要求及偏低的循环效率等问题限制了其广泛使用。因此本研究广泛地探索了不同CO2混合工质组元及组分方案作为循环工质,并依据循环性能、冷凝条件和操作压力的改善程度开展了理论探索和验证性实验研究,为跨临界朗肯循环选择最合适的CO2混合工质方案。进行CO2混合工质跨临界朗肯循环性能的研究,首先要解决的是混合工质物性的计算。本文选取了Peng-Robinson状态方程为基础方程,通过实验数据调研和物性计算软件相结合的方式,构建了高精度的CO2混合工质物性计算的预测模型,获取了CO2混合工质焓、熵及临界温度、临界压力等基本参数。物性模型计算结果误差在2%以下。以预回热跨临界朗肯循环余热回收系统为基本结构,选择了不同CO2混合工质作为循环工质开展了理论探索研究。同时基于循环净功、热效率、?效率、发电成本及循环换热总面积等指标,研究了不同CO2混合工质及操作条件对循环性能的影响过程。研究发现当以最大输出功为优化目的时,CO2/R32（0.3/0.7）循环在冷凝温度小于40℃情况下表现的最好。当冷凝温度大于40℃时,CO2/R161（0.45/0.55）循环的净输出功最大。当冷凝温度设定为20℃时,CO2/R161（0.45/0.55）和CO2/R32（0.3/0.7）相比于CO2,操作压力分别降低了37%和35%,系统最大净输出功分别提升了4.5%和12.4%。当以跨临界朗肯循环换热总面积优化为目的时,CO2/R32（0.7/0.3）是最好的混合工质方案选择,此时外界环境温度能够满足跨循环的冷却要求。且相比于纯CO2,CO2/R32（0.7/0.3）循环净输出功提升了8.8%;操作压力降低了10.8%;换热总面积增加量相比于CO2/R32（0.3/0.7）降低了29.4%。验证性实验研究发现,CO2/R134a混合工质相比于纯CO2能够提高跨临界朗肯循环的热力学性能,包括系统净输出功、热效率及?效率。同时,实验数据证明了存在一个中间的CO2混合工质质量分数使循环的热力性能达到最佳。另外,当CO2混合工质循环仅由外界环境温度提供冷凝条件下,系统能够正常稳定地输出功。