近几年，随着纳米技术和量子信息处理的发展，越来越多的物理学家开始对量子热力学的研究产生兴趣。量子热力学的研究不仅为纳米技术和量子信息处理的潜在应用提供了保证，而且为人们研究热力学的基本问题开阔了新的视野。在所有关于量子热力学的研究中，量子热机成为热门研究问题之一。人们选取不同的工作物质并且构造不同的量子热机模型，进而利用不同的方法、考虑不同的情况来研究这些热机的性能。　　本文中，我们以量子热力学的基本知识为基础，选取不同的工作物质来构造量子热机和制冷机，进而研究它们的效率，功率输出，制冷系数等性能。　　在本文的前两章中，我们简单介绍了量子热力学的发展背景，发展现状，同时介绍了量子热力学的主要应用以及量子热力学的一些基本概念。　　在本文第三章中，我们选取单自旋和耦合自旋为工作物质，构建了量子Stirling热机和制冷机，并且研究了热机的效率、功率输出和制冷机的制冷系数等性能，发现了一些有趣的结果:(1)若以单自旋为工作物质，对于量子Stirling热机而言，其效率可以超过Carnot效率。这得益于回热器的使用。此外，可逆热机的逆循环并非总是制冷循环。而对于制冷机而言，制冷系数总是低于与其对应的经典循环的制冷系数。(2)若以两个耦合自旋为工作物质构建量子Stirling热机，则通过增加耦合常数，热机循环可以转换为制冷循环。　　在本文第四章中，主要研究了叠加态对等能循环的影响。在本章中，先介绍了一般情况下的热机性能，随后选取具体的实例进行探讨，从而得出了一些有趣的结论，即对于经历了等能循环的量子热机而言，如果其能谱形式为En（L）=BL-αnσ，其中三是势阱宽，B是依赖于L的参数，α和σ是两个正指数，则可以得出:(1)当系统的两个参与态为叠加态时，热机的效率将得到改善。而且，与非叠加态相比，热机在叠加态时的正功条件更宽松。(2)对于固定的效率而言，叠加态可以改善热机的功率;对于固定的功率输出而言，叠加态提高了热机的效率。(3)当热机为最大功率输出时，系统的一个参与态是叠加态，而另一个参与态却不是叠加态。以该结果为基础，我们证明了对于不同的工作物质而言，在叠加态情况中最大功率输出时的效率和最佳比例r=LC/LA仅与指数α有关，而与其它条件如σ和能量平移无关。