在设定工况条件下，采用3组CO2非共沸混合工质（R744／R22、R744／R1270、R744／R600a），对制冷系统进行了热力学理论分析和计算。研究了系统制冷量、压缩机功耗、制冷COP，和冷凝压力随CO2质量配比的变化关系。结果表明：在相同工况下，R744／R600a的冷凝压力最低，比R744／R22平均低22．9％，比R744／R1270平均低18．8％；R744／R1270具有较好的综合性能。

由于臭氧层破坏和温室效应的不利影响，用自然工质替代合成工质越来越受到国内外制冷界的重视。在几种常用的自然工质中，除水和空气以外，CO2是与环境最为友善的制冷工质之一。CO2使用安全，无毒；物理化学稳定性好；单位容积制冷量大，有利于减少装置体积；在超临界条件下，它的流动传热性能好；此外，CO2容易获取，价格低廉，不需要回收，

为解决CO2跨临界循环能效低、排气压力高的问题,将天然工质N2O用于跨临界循环,建立了相应的理论模型,比较了CO2和N2O用于二级蒸气压缩跨临界循环的性能,并分析了回热效率对于CO2和N2O系统能效CcOp和最优高压侧排气压力的影响。结果表明：N2O用于二级蒸气压缩跨临界制冷循环中的综合性能要优于CO2,在所选定的工况范围内,N2O的CcOp值比CO2最多提高13.3%,最优高压侧排气压力最多降低17.7%。回热效率对于CO2和N2O系统的最优高压侧排气压力几乎没有影响,回热循环对于CO2二级压缩跨临界系统的能效提升更为有利。

通过对CO2单级压缩和双级压缩制冷循环的热力学分析得出,在一定的蒸发温度和冷凝温度下,CO2单级压缩制冷循环的COP比CO2双级压缩制冷循环的COP低、压差大、压比高.因此,CO2低温制冷循环系统应采用双级压缩制冷循环,为提高CO2双级压缩制冷循环的循环效率,应尽可能升高蒸发温度、降低冷凝温度,可以看出自然工质CO2双级压缩制冷循环有很好的发展前景.

在工业制冷、食品冷冻冷藏和室内外热舒适调节等方面,CO2作为一种自然环保制冷剂愈来愈受到人们的青睐。近年来,CO2制冷剂的应用范围由原来的热泵热水器逐步扩大,从小型制冷装置上的饮料零售机、制冰机到大型超市的带热回收装置的并联机组等;而用于CO2工质的制冷循环也由单一的复叠、二次载冷系统扩展为跨临界、跨临界增压等系统。文中阐述了CO2在低温下的热力学性质与特性分析,以及在跨临界制冷循环中的应用和提高系统性能的方法。

基于常规能源日益稀少，环境污染日益严重，主要研究开发利用太阳能来进行低温发电。采用了CO2、R123、R134a、R290、R600、R236fa、R245fa、NH3等8种常用的制冷剂，选用等工况（same working condition,SWC）和最佳蒸发压力（optimal evaporating pressure，OPO）两种研究方法，分析各个工质的循环特性。并以CO2的跨临界循环和R134a的亚临界循环为例，进行分析，对比了不同太阳辐射量和工质质量流量下效率、温度及膨胀比的变化。结果表明，CO2的膨胀比最小，膨胀性能优于其他7种工质，最差的为R245fa。OPO法的计算方法只适用于亚临界循环，不适用于跨临界循环。在进行非常规循环（跨临界循环）与常规循环（亚临界循环）热源条件变化的对比中，SWC法更有说服力。

利用红外吸收型CO2气体传感器设计了一种CO2气体检测电路，详细阐述了其结构和工作原理。该电路具有测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、抗干扰能力强等优点，简单易用，快速直读，价格低廉，具有较好的应用前景。

总结了常见的池沸腾换热关联式。通过对池沸腾换热过程分析得出CO2在小热流密度和大热流密度范围下的一种分段的换热关联式。将新的拟合公式值和预测关联式值进行比较，得出CO2的拟合公式值与理论关联式及实验拟合关联式的预测值的偏差在±16％之内，具有一定的通用性。通过对CO2池沸腾换热过程的分析，得出池沸腾换热的影响因素及其变化规律，并总结了常用的强化池沸腾换热方法。

为需要较低温度的用冷空间提供冷源,设计由太阳能集热循环,水蒸气喷射制冷循环,CO2低温制冷循环组成的太阳能辅助热源水蒸气喷射引射冷却的CO2低温制冷的组合循环,通过热力计算得出随着蒸发温度的升高,太阳能辐射强度的增大,集热器面积的增大,组合循环的性能提高。蒸发温度每升高1℃,组合循环的性能系数增大4.3%,太阳能辐射强度每增加1W/m2,组合循环的性能系数增大2.8%,太阳能集热器面积每增加1m2,组合循环的性能系数增大约6%。发生器内水蒸气温度对组合循环的性能影响不大,太阳能辐射强度、集热器面积以及喷射器引射率对组合循环的影响较大。组合循环节省运行费用,节约能源,有很好的发展前景。

为了提高CO2跨临界循环的性能，对系统每个部件以及整个系统的优化研究是非常必要的。因此提出了以基于系统的优化目标函数对CO2换热器的结构敏感性进行优化计算，分析了优化目标函数COPm随气体冷却器和蒸发器管径和管长的变化。计算结果表明，CO2跨临界循环系统应选择小管径和长管长。同时对优化后的新系统进行了模拟计算，其COP和制冷量分别比原系统提高了15％和18％。根据优化结果以及原有系统存在的问题，对换热器及相关部件进行了设计加工，进而建立了新的CO2跨临界水水热泵实验系统。结果显示，新系统的COP和制冷量提高了30％左右。总之，实验测试数据验证了模拟计算结果的正确性，所得结果有助于对CO2跨临界水-水热泵系统进行改善。