对CO2制冷系统中应用膨胀机的研究现状进行了回顾,在此基础上对跨临界CO2制冷循环中采用透平膨胀机的可行性进行了分析。研究表明透平膨胀机完全适用于家用及商用的跨临界CO2制冷/热泵系统,并通过计算实例给出了采用不同方案和效率的透平膨胀机替代节流阀对CO2制冷系统性能的提升效果。

在跨临界CO2汽车空调系统中,内部换热器是主要的传热部件。本文提出螺旋肋片套管式内部换热器这一设想;并对其换热特性进行数值模拟分析,与光滑套管式换热器及直肋片套管式换热器的换热性能相比,螺旋肋片套管式内部换热器的换热效率分别提高44.18%和16.4%;最后对所提出的内部换热器的结构强度进行计算分析。

运用热力学第一定律和第二定律对跨临界CO2基本循环、膨胀机循环、喷射器循环和涡流管循环进行了分析，计算了各循环各个部件的炯损失，比较了各循环性能系数和总炯损失。计算结果表明，采用膨胀机、喷射器和涡流管等膨胀设备代替基本循环中的节流阀后，由于这些改进膨胀设备的炯损失小于基本循环节流阀的炯损失，同时改进循环中压缩机的炯损失小于基本循环的压缩机炯损失，从而减小了循环总炯损失，提高了循环的COP。膨胀机循环的COP远大于其它跨临界CO2循环，其次为喷射器循环和涡流管循环。

由于臭氧层破坏和全球变暖等原因,CO2作为新型制冷工质在跨临界CO2循环中被广泛推广和应用。在循环中加入回热器可大幅度提升系统性能,本文针对跨临界CO2循环中的回热器应用,从带回热器的跨临界CO2系统性能、回热器结构、回热器在系统循环中的位置、回热器效率以及回热器入口制冷剂温度等几个方面对系统性能的具体影响进行深入探讨,介绍了国内外研究进展,对回热器的应用加以分析和展望。