为应对全球变暖的气候危机,探索绿色、环保的新型制冷技术成为当下制冷行业迫切解决的问题。基于卡路里（Caloric）效应的新型制冷技术采用具有特殊热效应的固体材料作为制冷工质,具有零全球变暖潜能值（Global Warming Potential,GWP）、运行安静等特点,其中,基于磁热效应的室温磁制冷技术被认为是缓解气候变化压力的重要研究方向和技术方案。应用于室温范围内的磁制冷技术仍不够成熟,现阶段样机大部分基于传统主动回热循环,普遍存在工作频率低、回热损失大、流路系统复杂及输出制冷量、温跨值小等问题,因此,从不可逆损失最小化角度构造不依赖于换热流体的全固态磁制冷循环模型,深入机理层面分析循环内部回热特性,开展全固态室温磁制冷机循环及样机研究,对推进室温磁制冷技术实用化具有重大意义。本文针对室温磁制冷循环展开热力学分析,引入熵产理论,从能量“质量”角度评价不同磁制冷循环体系的热力学性能。根据传统的主动回热（Active magnetic regeneration,AMR）循环及新型的微元回热（Micro-unit regeneration,MUR）循环磁制冷系统中各项传热熵产率及流阻熵产率表达式,计算并寻找循环中不可逆损失最大的过程,明确提高循环热力学性能的途径。在输出相同能量数量的条件下,比较AMR与MUR两种循环的不可逆损失大小,结果表明:MUR循环总熵产值小于AMR循环,总熵产值降低约52%,即基于熵产最小分析,微元回热MUR循环对能量的有效利用程度更高。通过对MUR循环不可逆损失产生机理分析可知,高效的微元格内强化传热结构可使循环能量利用率更高。因此,本文采用插入高导热系数材料的方式提升工质微元格内部传热性能,经强化传热机理分析、传热实验验证和三维模型数值仿真研究,对比分析内部结构优化前后,循环传热及制冷特性,进一步比较不同运行参数下循环性能参数。仿真结果表明:基于格内强化换热的平行片结构MUR系统可获得的最大无负荷温跨比纯钆结构MUR系统的相应温跨提升155%。高效的微元格间强化传热结构是进一步减小固态MUR磁制冷循环不可逆损失的另一核心点。本文以热电半导体元件作为高低温工质微元格间强化传热媒介,建立耦合热电半导体的MUR循环模型并开展变工况仿真研究。在模型建立方面,依据理论分析对热电半导体元件进行简化,并从性能及传热角度验证简化模型合理性;在系统仿真方面,对比格间传热结构优化前后系统制冷性能及循环内传热机理,进一步分析不同格内传热结构及电压强度对系统性能的影响规律,为后期样机整机实验研究提供参考方向。当格间耦合热电半导体后,纯钆结构MUR系统温跨值与未耦合相比提升约210%。在优化格内传热结构基础上,耦合热电半导体的平行片结构MUR系统可获得最大系统温跨为21.5 K。基于以上理论分析及仿真研究,结合考虑实际因素,确定了固态微元回热室温磁制冷样机设计方案及组装规则。实验探究分为三步:基于微元回热室温磁制冷机基础结构框架,搭建循环原理性验证试验平台。在系统冷/热端位置处分别放置冷/热水源换热器,换热器中的冷/热量传导到旋转至冷/热端位置处的工质内部,实现在热端位置处模拟工质加磁,在冷端位置处模拟工质去磁,以实验手段验证微元回热循环可行性;其次开展间歇旋转模式下微元回热室温磁制冷机实验研究,得到系统温跨与不同系统结构参数（回热器内微元格数量、格内传热结构及格间传热结构）及不同系统运行参数（回热时间,输入电压强度）间变化关系,并深入研究工质微元格内部及之间的传热规律。最后,在实验测试结果基础上探讨固态微元回热磁制冷机的实际制约因素,提出解决方案或改进方向。原理性实验证明,通过微元回热循环设计,循环所能获得的冷热端间最大温差与工质单次在冷端位置处吸收冷量后的温降值相比提升约126%。固态微元回热室温磁制冷样机实验测试结果表明:优化格内及格间传热结构是提升系统制冷性能的有效手段,在平行片结构（石墨烯）下系统温跨值与未优化时相比提升约36%,在耦合热电半导体强化传热时对应的系统温跨值与未耦合相比提升约100%。在输入电压=1 V,回热时间tlattice（28）25s工况下,样机系统温跨值为3.2 K,该值与样机内工质块去磁温变(（35）TMCM（28）0.4K)相比,增大了7倍。本文基于微元回热室温磁制冷循环展开研究,围绕循环内不可逆损失产生机理理论分析、循环内部强化传热研究、全固态磁制冷系统设计和样机搭建、微元回热循环原理性验证及全固态磁制冷样机性能测试等五方面进行探索。上述研究工作具有理论意义和应用价值,为推动全固态室温磁制冷技术的发展提供技术支撑。