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近年来,制冷行业发展迅速,但是制冷剂一直都是制约行业发展的重要因素。目前,HFC类制冷剂由于其对气候环境的严重影响而被基加利修正案列入受管制物质清单,但是“臭氧友好型”无氯物质的全面禁用仍需要时间完成转换,不过也需提前准备可选的替代制冷剂。因此,自然工质的使用成为人们研究的主流方向之一。二氧化碳（CO2,R744）作为优良的制冷剂,引起了国内外学者的再次关注,对于CO2制冷系统的研究也不断深入。本文通过模拟R134a机械过冷CO2跨临界制冷循环,对单级压缩机械过冷系统（SMS）、一级节流两级压缩低压级机械过冷系统（OTLMS）、一级节流两级压缩高压级机械过冷系统（OTHMS）、两级节流两级压缩低压级机械过冷系统（TTLMS）、两级节流两级压缩高压级机械过冷系统（TTHMS）五种过冷系统进行了详细分析。通过模拟数据分析得出,随着压缩机排气压力和过冷度的升高,五种制冷系统的COP先增大后减小。在最佳排气压力和最佳过冷度下,TTHMS系统的COP明显高于其非过冷系统。当蒸发温度为-30℃时,TTHMS系统的COP比非过冷系统提高了18.31%;SMS系统对非过冷系统的COP提升率可高达50%。当环境温度为40℃,蒸发温度为-20℃时,TTHMS系统的COP比非过冷系统高45.36%;环境温度不变,蒸发温度为-10℃时,SMS系统的COP比非过冷系统高45.28%。经综合分析五种过冷系统,发现在较高环境温度下,TTHMS系统和SMS系统性能更高,TTHMS系统更适用于冷冻,而SMS系统更适用于冷藏。因此,通过模拟对比五种不同过冷系统的最优适用温度,可以证明过冷系统研究的重要意义。本研究使用R134a和CO2为制冷剂,搭建了R134a机械过冷CO2跨临界制冷系统实验台。通过调节电加热器及电子膨胀阀开度稳定系统运行状态,进而系统的研究压缩机排气压力与过冷度对制冷性能系数（COP）的影响,分析出系统的最优运行工况。通过实验数据整理分析得出,以R134a为制冷剂的机械过冷的CO2跨临界制冷系统确实存在最佳排气压力和最佳过冷度。在排气压力为8.6MPa,过冷度为15℃时,系统达到最优工况。改变蒸发温度和环境温度,实验测得的结果与模拟值变化趋势一致,偏差在25%以内,原因是部分辅助管路布置存在不合理之处,系统产生不可避免的冷损失,进一步改善系统,可以缩小偏差。