随着能源短缺和环境污染的日益严重,节能、环保和增效已成为当前国内外学者关注的重要课题。在动力循环领域,二氧化碳作为一种环保和高效的工质,表现出比水更优异的部分性能,因此许多学者开始研究采用二氧化碳代替水作为工质。本文以二氧化碳跨临界朗肯循环和超临界布雷循环为研究对象,进行二氧化碳动力循环性能理论分析与换热特性实验研究。本文首先研究二氧化碳朗肯循环和布雷顿循环。运用Matlab调用NIST的Refprop物性数据库,在热源温度为200~1000℃和工质压力在10~40MPa的范围内,分别计算了两种基础循环的热效率。通过数据分析,考虑工程实际,认为热源温度在350℃以上时,采用布雷顿循环有利;在350℃以下时,适合采用朗肯循环。对于带回热二氧化碳动力循环,计算结果同样表明低温热源宜选用朗肯循环,而高温热源宜选择布雷顿循环。在本文的计算条件下,给出了两种循环热效率相等时的热源参数条件关联式。以高温热源为应用背景,运用热力学定律,分析超临界二氧化碳布雷顿循环中做功、放热、压缩、吸热和回热等过程的(火用)损失。结果表明:放热、吸热和回热过程造成的(火用)损失最大,做功和压缩过程的(火用)损失较小。即换热过程是系统用能的薄弱环节。最后进行了超临界二氧化碳的换热特性实验研究。随着温度的升高,超临界起始区换热系数迅速增大,当温度达到准临界点温度时,换热系数达到峰值。之后又迅速降低,最后处于主超临界区时,换热系数下降平缓。增加工质压力对于强化换热不一定是有利的,在准临界点附近不同压力时的换热系数曲线发生交叉。对于换热温度大部分处于准临界点之上的情况,提高工质压力对换热是十分有利的。换热系数受到工质质量流量和冷却水流量的影响很大。