臭氧层破坏与温室效应的不断加剧，使得应用自然工质CO2的应用研究成为世界的研究热点。针对CO2带膨胀机热泵循环系统中的关键问题，本文应用FLUENT和EES两种模拟计算软件和实验的方法研究了CO2快速降压过程和CO2滚动活塞式膨胀机的工作过程。
　　 为了能够对CO2快速压降过程进行直接观测，本文进行了可视化实验。由实验结果可以看出，随着放气过程的进行，试块内部压力与温度均呈凹曲线减小。初始压力越高，放气结束时间越长，初始温度越高，放气初始试块内部温度下降越明显。纯质CO2降压过程的可视化实验中，放气口开度为全开时，降压初期由于压力波的传递出现气化射流现象；放气口开度减小，射流现象不明显，并出现明显的液面下降过程。带PAG润滑油的可视化实验中，放气初始高压CO2与润滑油存在明显的分界线，随着液相CO2的消失，混合物整体沸腾，通过捕捉气泡的变化情况，发现大的气泡在密度差的作用下，由混合物内部向上部运动，到达边界后逐渐破裂。分别运用FLUENT和EES两种软件对纯质CO2快速降压过程进行模拟分析，两种方法的结果有着很好的一致性，但由于两种方法分别应用二维与三维模型，使得在放气时间上的计算结果两种方法有着较大的差别，可采用优化试块轴向尺寸与修改FLUENT二维计算模型两种方法来完善针对CO2快速降压过程的研究。在放气时间、压力和温度的结果比较上，实验结果与模拟计算结果有一定的差别，但整体的变化趋势趋于一致，而且用FLUENT进行压力模拟时，压力波的传递现象与可视化实验中的气化射流现象有较好的吻合，模拟计算结果可对今后膨胀机的研究提供指导。本文还指出优化模拟计算模型所要考虑的因素，以减小模拟结果与实验结果的差别。
　　 针对CO2滚动活塞式膨胀机，本文运用FLUENT和EES两种模拟方法，分别对膨胀机内部流动过程、降压过程、泄漏过程、摩擦过程进行模拟分析，可以看出，两种方法压力分析结果一致，因此，每个方法所分析的其它过程均可作为彼此的补充，从而指导今后膨胀机的设计与研究。最后，本文通过运用实验与模拟计算方法对CO2膨胀机性能进行分析与研究，提出进一步改进和完善系统和模拟软件的建议。