由于臭氧层破坏和温室效应的加剧，自然工质CO₂越来越受到关注。本文的研究目的在于开发具有一定精度的CO₂跨临界水一水热泵模拟软件，为进一步提高CO₂跨临界循环的系统性能做出预测和对系统设计进行优化。 针对具体的CO₂跨临界水-水热泵实验台建立各部件的模拟模型。采用稳态集中参数法，结合经筛选和修正的换热关联式对换热器模型进行模拟。通过改变系统外部参数，对带节流阀系统进行模拟，计算结果和实验对比分析，发现模拟结果与实验数据吻合，系统供热性能系数模拟平均偏差为16.9％。 对膨胀机进行热力分析，建立泄漏、摩擦和热损失模型，依据能量和质量守恒，对两个工作腔建立微分方程，采用EULER数值方法对方程离散求解，得出在不同转角时膨胀机各个泄漏通道的泄漏量和工作腔内相应的热力参数。另外，理论模拟研究膨胀机各进口参数、蒸发器压力和负载对膨胀机效率的影响。最后通过改变系统外部参数，将整个带膨胀机系统进行实验与模拟的对比，发现两者变化趋势一致，系统的供热性能系数模拟平均偏差为17.8％。 依据实验验证的模拟软件，通过数值计算提出系统的优化途径。最后，本文提出进一步改进和完善该模拟软件的建议。