随着国际上对自然工质CO₂跨临界循环研究的深入,提高CO₂跨临界制冷循环系统各部件的效率,加快其向实用化迈进是当前研究的关键问题。本文通过理论分析,实验研究相结合,重点对CO₂满液式蒸发器开展了研究。通过对CO₂管内和管外沸腾关联式的计算和对比,得出了CO₂池沸腾换热效果要好于管内沸腾换热,并为实验数据与关联式的对比提供了依据。论文对亚临界区CO₂与常规工质的物性进行了比较,研究了CO₂管内沸腾换热干涸问题和沸腾成核机理,提出了CO₂满液式蒸发器设计的设想。这些都有助于了解CO₂沸腾换热特性,可为设计高效、大型CO₂满液式蒸发器提供必要的理论基础。本文自行设计和制造了CO₂单管满液式蒸发器,并在原有CO₂热泵系统上进行改造,减少了实验成本。通过对CO₂单管满液式蒸发器进行实验研究,得出了满液式沸腾换热系数与热流密度、压力之间的变化关系,并与经验关联式进行了对比分析,发现实验结果与Cooper法吻合,平均偏差为9.85%。实验还对CO₂池沸腾进行了可视化研究,观察了CO₂沸腾气泡的变化情况。最后,总结出了二氧化碳单管池沸腾换热的实验关联式,和蒸发器换热系数表,为今后CO₂池沸腾蒸发器的研究和设计提供了实验基础和数据参考。