复叠式制冷系统与单级、双级压缩制冷系统相比,能够避免压比限制、回油不均、气缸容积过大等问题,同时还减小了蒸发压力对系统的不良影响。针对复叠式制冷系统的现有研究中,普遍在制取低温环境方面,在-30^-40℃范围内的研究以及应用于高温环境中的复叠式制冷系统相对较少。因此,应用于该温度范围内的小型复叠式制冷系统具有较大的发展空间。本文设计研究了小型变流量复叠式制冷系统,能耗低且不需设置膨胀容器,结构更加简单紧凑,变频压缩机的使用极大地提升了系统性能,为扩大复叠式制冷系统的使用范围提出参考。本课题主要按照模拟分析、计算选型、实验台搭建、实验研究的步骤开展,设计出的R134a/R410A变流量复叠式制冷系统,高温级采用定频压缩机和毛细管节流的方式;低温级采用变频压缩机和电子膨胀阀节流的方式。通过对系统循环的各阶段进行热力性能理论分析,研究了蒸发温度T₀、冷凝温度T_k、中间温度T_m、级间容量比Q_v、传热温差△T等参数对系统制冷系数COP的影响,以及各参数之间的变化关系,结果表明:蒸发温度升高与冷凝温度降低,都会使得COP升高、级间容量比降低;随着中间温度的增大,COP先增大后减小,存在最佳中间温度使得系统效率最高;传热温差越大,系统理论耗功增大,COP减小。另外,针对主要部件及辅助设备依次进行了设计计算选型,实验台的搭建过程中还叙述了电气控制系统以及数据测量仪器的使用。在实验研究方面,重点分析了蒸发温度、压缩机频率、级间容量比等参数变化对系统性能的影响。维持冷凝温度40℃,蒸发温度在-34℃^-30℃范围内变化,低温级压缩机频率在50⁶5Hz范围内变化,依次调节不同参数进行实验,以此研究系统能耗与效率等变化趋势。在所研究的温度范围内,蒸发温度每升高1℃,COP平均增大0.3%;低温级耗功逐渐减小,降低了25.1%,仅在-34^-32℃范围内变化时,就降低了23.2%。随着频率的增大,COP出现先增大后减小的变化趋势,当频率为59Hz,电子膨胀阀开度为85%时,COP取得最大值1.43;级间容量比增大,增长率由12.8%增至14.4%。随着级间容量比的增大,COP也是先增大后减小的变化。通过分析还可以看出,电子膨胀阀开度对级间容量比的影响与压缩机频率存在正相关。综上所述,设计搭建的R134a/R410A变流量复叠式制冷系统结构紧凑,成本较低,即使在环境恶劣（冷凝温度40℃）的情况下,也具有较高的制冷效率。实验研究表明,存在最佳低温级频率使系统效率最高,由此看出使用变频技术能够更大程度上提高系统效率。在实际运行状态下,低温级需要更大流量才能获得更高效率;蒸发温度越低,低温级耗功越大,因此该机组应用于-32℃以上温度领域具有更高效率,节能效果更优。同时,改善低温级耗功也是提升该复叠式制冷机组性能的关键。