随着人们对臭氧层的破环和全球范围的温室效应问题的密切关注，节能减排、倡导低碳暖通日益成为当今的社会主题，研究新型环保工质CO₂也日益受到研究学者的重视。同时随着人们对生活品质要求的日益提高，生活卫生热水的需求量与日俱增，导致热泵热水器得到了广泛推广应用。由于CO₂特殊的热物性，CO₂工质广泛应用于跨临界循环热泵系统中。随着科学技术的不断发展和进步，尤其是二氧化碳热泵热水器在日本的商业市场化后，CO₂热泵管翅式蒸发器传热性能的研究以及产品的优化设计也得到了更多国内外研究学者的密切关注。目前商业市场上常规的空调系统用蒸发器承压能力大多在4MPa以下，为了能应用到CO₂热泵高压系统上须得对管翅式蒸发器重新改造和设计。同时发现已有公开发表文献中针对管翅式蒸发器主要采用建立稳态集中参数模型的方法，分析其对系统性能的影响，而在采用稳态分区分布参数模型对蒸发器内传热性能进行分析并对蒸发器结构尺寸优化设计等方面的相关研究较少。本课题拟以稳态分区分布模型和结构尺寸优化为切入点，同时结合商业市场实际情况，对CO₂热泵管翅式蒸发器展开模拟优化和试验研究。为了能详细地分析CO₂热泵蒸发器的传热性能并对其结构尺寸参数进行优化设计，本文针对空气源CO₂跨临界循环系统管翅式蒸发器建立了仿真数学模型，并通过设计和选型搭建了空气源CO₂热泵蒸发器性能试验装置，主要研究工作有：（1）基于热力学相关知识和EES编程软件，对空气源CO₂热泵系统管翅式蒸发器建立了稳态分区分布参数模型；（2）通过设计和选型，搭建了空气源CO₂热泵系统蒸发器性能试验装置；（3）通过试验数据验证了CO₂热泵管翅式蒸发器仿真数学模型的准确性；（4）通过仿真数学模型，分析了系统状态参数、结构尺寸参数对蒸发器传热性能的影响，并通过结构尺寸参数对蒸发器传热性能进行敏感性分析，拟优化设计出一CO₂热泵用管翅式蒸发器。模拟分析结果表明：建立的CO₂热泵管翅式蒸发器仿真数学模型能较好地反映出其试验蒸发器的传热性能，蒸发器换热量误差在7%以内；同时通过CO₂热泵管翅式蒸发器仿真数学模型对蒸发器结构尺寸参数进行敏感性分析，发现管排数、单排管管长和管间距对蒸发器的换热量影响较敏感，随着其结构尺寸参数变化幅度的增加，对应的换热量平均增幅依次为14.7%、7.49%、9.05%；优化设计了一CO₂热泵用管翅式蒸发器，与试验用蒸发器相比，在换热量保持基本不变的情况下，蒸发器空间体积缩小了24.86%，传热系数提升了5.17%，单位面积换热量提高了15.58%，铜和铝的冷重比都分别相应增加了21.75%、130.20%。