氟利昂制冷剂的大量排放是造成地球温室效应和臭氧层损耗的重要因素之一,二氧化碳作为一种对环境无害的制冷剂来替代现有的制冷剂,可以缓解由制冷剂排放引起的对地球环境造成的破坏,为研究二氧化碳制冷系统性能和促进二氧化碳制冷系统在我国的应用以减少因制冷剂排放对环境造成伤害,本文设计并搭建了一套二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统,并对其性能进行深入研究。本文采用了热力学理论分析和模拟相结合的方法对二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统的循环特性进行研究,并搭建了实验台。理论分析和模拟主要围绕系统的蒸发温度、气体冷却器出口温度、压缩机效率、主液路过冷度、气体冷却器出口压力、高压级压缩机吸气过热度、低压级压缩机吸气过热度等参数对二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统COP值和排气温度的影响,归纳总结影响该系统性能的关键因素得到如下结论:(1)蒸发温度在-40～0℃范围内变化时,二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统的COP比二氧化碳跨临界单级压缩制冷系统的COP高23%以上,蒸发温度每升高5℃,二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统COP上升速率最高可达13.70%;气体冷却器出口温度在32～41℃范围内变化时,二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统的性能系数要高于二氧化碳跨临界单级压缩制冷系统性能系数20%以上,且气体冷却器出口温度每上升1℃,二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统的COP下降最高可达9.12%;(2)在二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统中改变系统高压级压缩机效率时系统的COP上升速率明显高于改变系统低压级压缩机效率时系统的COP上升速率,当压缩机效率为0.7时,二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统的COP 比二氧化碳跨临界单级压缩制冷系统的COP高26.07%以上;(3)主液路过冷度每增加1℃,二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统的COP上升不超过0.7%,主液路过冷度的选取在2～5℃为宜;(4)二氧化碳跨临界单级压缩制冷系统与二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统在取得最优COP的时候均拥有不同的气体冷却器出口压力,对应关系可由式4-1与式4-2计算得出;(5)高压级吸气过热度上由0.1℃升21℃,总功耗下降幅度不超过1%,系统COP上升幅度不超过1%,但是高压级压缩机的排气温度却上升43.49%,高压级压缩机的吸气过热度应控制在5～8℃;(6)低压级压缩机吸气过热度由0.1℃上升的到21℃的过程中会造成系统功耗上升超过9%,压缩机排气温度上升超过23%,系统的COP下降超过10%,系统回气过热度应控制在5～8℃。综合来看,冷却温度越低、蒸发温度的压缩机效率越高,并拥有合理的主液路过冷度和高低压级压缩机吸气过热度可以在保证二氧化碳跨临界两级压缩制冷系统平稳运行的前提下提升系统的COP。对比分析本文中部分数据与前人所得出的数据,发现本文数据具有较高的准确度。