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本文主要研究自然工质CO2在热泵,制冷系统中的应用及性能方面的试验研究,通过前期对水源CO2热泵系统循环特性展开的试验研究,总结出不同参数对其性能的影响,为搭建空气源跨临界CO2冷藏陈列柜制冷系统试验台奠定了理论和实践上的基础,为以后的小型热泵、制冷系统开发、优化和改进起到了有效的指导和促进作用。首先利用软件计算对比不同工质热力学特性,得出CO2在低温条件下具有最高的单位容积制冷量和液体＼蒸汽导热系数,最低的粘度和表面张力。接下来针对跨临界CO2循环性能,系统最佳COP的运行压力,节流损失等进行了理论推导得出：压缩机排气温度、吸气过热度、气冷器出口温度、系统运行的高压侧压力以及等熵效率是研究性能影响的主要参数。并讨论了系统高压运行的控制策略,研究了带有旁通阀的双节流中间储液器的跨临界C02系统,阐述了其适用在制冷循环中的优越性。其次介绍水源跨临界C02热泵系统试验台。对系统循环特性的试验研究主要为：双节流阀中间储液器对压力波动和温度的影响,高压侧压力对系统的影响,回热器对系统性能的影响,热源热汇温度对性能的试验研究,热耗散度衡量换热器能效的试验等,并对系统试验的测量误差进行了分析。最后阐述了搭建空气源CO：制冷循环试验台的过程,包括前期系统热力学计算和零部件模型仿真。后期的制冷和风机系统,数据采集以及电控系统的介绍。搭建成了具有气液旁通的双节流阀并带中间储液器和回热器的空气源跨临界CO2制冷系统试验台,最后对新系统进行了充注量方面的试验研究。研究表明：(1)1.5匹跨临界CO2水源热泵系统,经中间储液器压力平衡后,低压侧节流阀出口温度平均每MPa温度波动为1℃左右。(2)每提高热源温度5℃使系统COPH增大4.4%,而热汇温度提升5℃则使系统COP减小6.8%。热源温度对冷冻水出水温度影响较大,而平均每改变5℃对冷却水出水温度影响0.7℃-0.9℃。(3)具有中间储液器的双膨胀系统,使用旁通阀中间注气来改善跨临界C02制冷能力,新搭建的C02空气源试验台合理的充注量约为2.1kg,系统平衡后压力为4.375MPa,制冷剂标准充分数为0.45。