我国作为实体制造业大国目前环境试验设备市场的需求量很大,但是总体技术较国外仍有差距,研发多功能先进环境试验设备的需求十分迫切。本文首先调研了国内外现行的环境试验设备试验测试标准和试验方法,为之后的环境试验箱仿真和结构设计提供了依据。之后针对具体的应用需求,使用了状态点法对极端工况下的系统运行进行了理论分析,以最佳中间温度的系统性能系数为依据,在六种制冷剂总共九种不同复叠组合方案中遴选并使用了新型环保制冷剂R448A。基于理论计算结果,对换热部件、内箱体空间和系统分别进行了模拟仿真研究,在MATLAB中实现了对不同类型换热器的模拟对比研究,为部件选型提供依据;在Fluent中对比研究了七种不同结构内箱体的温度场和速度场的区别,决定了箱体结构的设计方案;在Dymola中对复叠系统进行动态仿真研究。根据不同制冷需求,设计了具有双运行模式且具备冷量输出调节控制功能的复叠制冷系统,理论上可以回避采用电加热对冲的方案以及减小冷凝器设计尺寸,达到实现节能减排的目的。基于上述的理论研究,自主设计、建模、搭建了环境试验箱样机,创新性地使用了微通道换热器作为蒸发器有效节省风道空间,对实际运行情况进行了记录和分析。最后实验验证了仿真结果的准确性,一种结合了新冷媒、新箱体结构、双运行模式和冷量调节回路的先进复叠制冷系统在环境箱中的应用得到了证实。以此为基础,未来多功能先进精密环境试验设备的研发及应用大有可为。