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制冷空调系统在国民经济总能耗中占比高达15%,随着“碳达峰”和“碳中和”的逐步推进,蒸气压缩式制冷循环运行能效的提升变得至关重要,蒸气压缩制冷系统启动过程能效下降,制冷量衰减,因此,研究制冷系统启动过程制冷量衰减的机理,探索启动性能提升的方法有助于提高制冷系统全年能效比,有助于减少食品冷链中的食品损耗、提高空调系统热舒适性,有助于减弱制冷剂种类对系统启动性能的影响,有助于部分加快制冷空调行业制冷剂的替代,有助于解决纯电动汽车充电焦虑的问题。本课题对蒸气压缩制冷循环启动过程制冷量衰减机理及提高启动性能途径进行研究。首先,理论分析制冷系统的启动过程,明确制冷剂迁移的动力及对启动性能的影响机理;构建制冷剂迁移模型,明确制冷系统结构参数对制冷剂迁移的影响规律;归纳启动性能优化的原则,探讨提升启动性能的方案;最后,通过可视化的手段实验对比不同优化方案的制冷剂迁移规律异同,验证了优化原则和优化方案的可行性。对制冷系统各环节的启动和稳态运行状态的比较研究表明:蒸发器传热系数在启动和稳态运行过程中存在较大差异,造成制冷量的衰减,是制冷系统启动过程的薄弱环节;对制冷剂分布和迁移规律理论分析表明:启动初期大量液态制冷剂迁出蒸发器直接导致蒸发器传热系数的衰减,而启动初期蒸发器内“大动量”气态制冷剂的迅速增多是推动液态制冷剂迅速迁出蒸发器的动力。制冷系统结构参数和运行工况的变化通过影响制冷剂的迁移和分布而影响系统的启动性能。基于制冷剂稳态分布和启停过程迁移模型,分析制冷系统结构参数和运行工况对系统启动性能的影响规律,结果表明:减小冷凝器内容积,增大蒸发器内容积能有效减少启动过程迁出蒸发器的液态制冷剂的量,提升系统的启动性能;增大系统的运行温跨将导致迁出蒸发器的液态制冷剂量增多,降低系统的启动性能。换热器结构参数对系统启动性能的影响远大于系统运行工况的影响。本文通过实验研究,验证了系统结构参数和运行工况对启动性能影响的规律,证明模型的有效性。通过对制冷系统启动和稳态运行过程能量传递的理论分析和对比,明确启动过程制冷量和制热量衰减的机理。制冷量损失包括:系统停机过程中高温气态制冷剂迁移至低压端,导致的热惯性损失;启动过程液态制冷剂迁入气液分离器造成的制冷量浪费;启动过程节流装置流量衰减造成的制冷量损失。制热量的损失包括:系统停机过程中气态制冷剂迁移造成的热惯性损失;启动中后期压缩机输气量衰减导致的制热量损失;冷凝器出口未形成液封而造成的制热量浪费。减少以上损失能使系统启动过程更接近稳定运行状态。基于对制冷系统启动过程的分析,进一步明确启动性能衰减的机理:启动过程中参与循环的制冷剂不足和换热器热惯性损失导致系统启动性能的衰减。提出启动性能优化原则:系统启动性能的提升可通过减少迁入气液分离器的液态制冷剂和加快气液分离器中液态制冷剂的迁移速度来实现。基于以上原则,本文分别提出系统部件、控制策略和系统循环的优化方案。对制冷系统部件和控制策略优化方案的实验结果表明:部件的优化可减少启动过程迁入气液分离器的液态制冷剂,提升系统的启动性能;控制策略的优化可抑制停机过程制冷剂的迁移,并加快启动过程蒸发器的供液速度,提高系统的启动性能。换热器优化对启动性能的提升效果优于控制策略的优化效果;对比三种节流装置,电子膨胀阀的启动性能最好,毛细管的启动性能最差。通过对系统循环优化方案的实验研究表明:系统循环优化方案能大幅度提升蒸气压缩式制冷系统的启动性能。蒸气旁通循环通过阻止液态制冷剂向气液分离器迁移来提高系统的启动性能;回热循环通过加快气液分离器中液态制冷剂的迁移速度来提升系统的启动性能。对蒸气旁通循环和回热循环制冷剂迁移规律的可视化研究验证了两种循环提升启动性能的机理。对比蒸气旁通循环和回热循环启动性能提升效果,回热循环能持续向气液分离器提供热量,并将溶解在润滑油中的制冷剂气化,增大系统中参与循环的制冷剂量,因此,回热循环的启动和稳态性能提升幅度更高。相比常规制冷循环,蒸气旁通循环的制冷和制热启动时间分别节省36.1%和51.22%,平均制冷和制热COP最大分别提升了约0.2和0.34。而回热循环的制冷和制热启动时间分别节省54.76%和65.39%,启动过程的平均制冷和制热COP最大分别提升0.43和0.34。同时,回热循环的启动性能优于现有优化方案（闭阀启动方案（VCS））的启动性能,回热循环比VCS节省50 s的制冷启动时间;平均制冷COP提升了0.19。回热循环还提高了系统的稳态性能:回热循环的稳态制冷量和制热量分别约提升15%和7.5%,而在相同工况下,蒸气旁通循环的稳态制热量并没有得到提升。回热循环在启动过程回收气液分离器内液态制冷剂的冷量和节流阀前气态制冷剂的热量,避免能量的浪费,并抑制节流阀和压缩机流量的衰减,降低启动过程中的损失,因此,回热循环的启动过程更接近准稳态运行状态。启动完善度表征启动过程接近准稳态运行的程度。相比常规制冷循环,蒸气旁通循环的启动完善度增大了12.36%,回热循环的启动完善度增大了42.64%;对比VCS启动模式,回热循环的启动完善度增大了26.37%。回热循环通过冷凝器出口和气液分离器底部间的回热提升系统启动性能,该过程不易受外界环境的干扰,因此,回热循环具有更高的稳定性。实验结果表明:回热循环启动性能不受停机时间的影响,随蒸发温度的变动,回热循环的启动性能仅有微小波动,启动性能保持较高的稳定性。而蒸气旁通循环蒸气旁通量的控制易出现欠调节或过调节,启动性能提升的效果容易产生较大波动。本文通过对蒸气压缩式制冷系统启动性能的研究和优化,验证了制冷系统启动机理,提出了高效的启动性能优化方案,拓宽了制冷系统启动性能提升的途径。