本文作为上海交通大学和广东省吉荣空调设备公司的联合培养博士后项目,旨在研究开发R22替代环保工质空调设备产品.本文首先分析了R407c、R410a、R134a等几种R22替代工质的物性特点及其与R22的主要热物性差别,分别给出了R407c、R410a、R134a在壳管式蒸发器、壳管式冷凝器、翅片管蒸发器及翅片管冷凝器等制冷部件中的基本传热流动规律;综合国内外目前在单管传热的研究,结合实际试验修正了部分传热计算公式;同时对混合工质在换热器中的传热平均温差进行了探讨;通过该部分的分析研究为换热器设计计算提供了理论依据.CYCLE-11是一种模拟蒸汽压缩式混合工质系统循环的半理论模型.本文以此为基础,结合各种不同机组的实际情况,建立了压缩机模型、换热器模型及节流装置模型.为使计算模拟具有实际性,本文将理论循环简化为11个分过程进行讨论,计算分析了混合工质各组分浓度变化对机组制冷能力、能效比、压力比及排气温度等性能的影响,为分析混合工质温度滑移和泄漏对机组性能的影响奠定了基础.本文在分析混合工质的相变特性的基础上,通过分析计算分别给出了混合工质相变温差、相变潜热、相变定压比热容随组分浓度及饱和压力的变化情况.以此为基础,建立了衡量循环工质与冷热源间匹配效果的匹配性能指标(MPC);根据MPC指标,提出了提高混合工质与冷热源间匹配特性的有效方法.为详细研究非共沸混合工质温度滑移对系统循环性能的影响,本文采用CYCLE-11模型对几种具有不同温度差但具有相同平均温度的冷热源进行了性能模拟.通过计算模拟分别给出了机组能效比与冷热流体温度差的变化关系,对蒸发器顺流冷凝器逆流、蒸发器逆流冷凝器顺流、蒸发器逆流冷凝器逆流等不同换热器排布方式的机组性能变化情况进行了分析研究,同时探讨了蒸发器顺流冷凝器顺流时机组的熵增情况.由此提出了为充分利用混合工质温度滑移提高机组性能特性,减少不可逆损失的换热器基本设计原则.泄漏是混合工质在制冷系统中应用中必须重点考虑的问题.本文通过建立气相泄漏储槽模型首先分析了R407c浓度变化与泄漏率的关系、气相浓度变化与环境温度的关系、气相泄漏对工质各组分浓度的影响.在此基础上结合机组循环性能的计算分析,提出了R407c发生泄漏时,机组能效比、压力比、制冷能力及排气温度等基本性能参数的变化情况,从理论上分析了泄漏对机组性能的影响.以上述对环保工质制冷循环理论的探讨为基础,结合广东省吉荣空调设备公司的实际生产工艺流程,设计制造了R407c水冷冷水机组及R134a水冷冷水机组并进行了试验测试.