提升热力系统能效是实现“双碳”目标的有效途径,其中工质研究处于主要地位。对于机械过冷CO2空气源热泵、大温升高温热泵、有机朗肯循环等正逆循环热力系统,使用大温度滑移非共沸工质可显著提升系统能效。本文针对大温度滑移非共工质CO2/R152a在内径2mm水平圆管小通道内的流动沸腾换热现象,探索其组分迁移规律、观测气液两相流型分布特性、测试并分析其流动沸腾换热特性及压降梯度,为大温度滑移非共沸工质换热器的设计优化提供理论和实验支撑。本文构建了大温度滑移非共沸工质管内流动沸腾换热过程的组分迁移模型,理论分析了滑速比、蒸发压力、两相区换热面积以及系统充注量对其组分随干度的变化规律。结果显示,随滑速比减小,组分迁移现象逐渐弱化;在相同干度下,随压力降低,组分迁移现象越明显。水平圆管内两相区换热面积越大,其内部组分迁移越显著;系统充注量增加可缓解组分迁移现象。通过观测流型发现在实验测试工况范围内,大温度滑移非共沸工质CO2/R152a管内流动沸腾两相流型可分为:泡状流、塞状流/弹状流、分层流、环状-波状流、环状流和雾状流。其中泡状流、塞状流/弹状流相对常规通道的相应流型,其气液相分布更加规则,气液相界面更加显著。随热流密度增加,环状流向干涸状态以及干涸状态向雾状流转变的过渡干度变小。对流型进行数字图像处理可以发现,流型图像灰度值随时间变化的分布规律可用于辅助流型划分。将实验观测得到的流型与经典流型预测模型进行对比发现,Revellin模型的预测效果较好。对不同组分大温度滑移非共沸工质CO2/R152a管内流动沸腾换热系数及压降梯度进行测试,得到了流动沸腾换热规律,提出了大温度滑移非共沸工质沸腾换热系数的预测模型。实验结果表明,大温度滑移工质对流换热系数随干度增加呈现先缓慢增加,后迅速下降并趋于稳定,同时存在临界干涸点;CO2含量为0.474时的换热效果低于其含量为0.221和0.653时的换热效果。实验测定了不同运行参数下大温度滑移非共沸工质换热系数、压降梯度以及流型。结果显示,大温度滑移非共沸工质换热系数随质量流速、热流密度以及饱和温度增加而增大;压降梯度随质量流速增加而增加,而随饱和温度升高而降低。大温度滑移非共沸工质CO2/R152a的换热系数明显低于纯质CO2换热系数而高于R152a换热系数。结合实验数据,考虑显热热阻和传质阻力,提出了新的大温度滑移非共沸工质换热系数预测模型,绝对误差为22.05%。