国内外已有研究表明,同传统制冷剂相比,二氧化碳在蒸发潜热、比热、动力粘度等物性上具有优势,采用二氧化碳作工质的制冷循环在热力特性等方面上比传统制冷剂系统有更优越的性能。本文从二氧化碳跨临界循环热力学特性入手,采用coolpack软件对基本理论循环进行模拟,分析了循环COP受各运行参数影响情况。在分析循环特性的基础上讨论了利用膨胀机、两级压缩、旁通阀等方法对基本理论循环改进后系统COP的变化情况。文中对带膨胀机循环及两级压缩循环最优压力计算进行分析。通过软件模拟了两种循环最优压力受系统各运行参数的影响情况,根据所得模拟数据,拟合得到两种循环最优压力计算关联式。由于在实际系统运行时,很难控制高压压力时刻处于最优点,本文分析了在保证循环COP达到一定要求时,不同的运行工况下,系统对最优高压控制精度的要求。通过分析现有二氧化碳系统控制方案,借鉴传统制冷剂系统控制措施,本文提出一种耦合式的二氧化碳跨临界制冷系统控制方案。该方案同时考虑了系统对循环最优压力和制冷量的控制需求,将压缩机控制和电子膨胀阀控制通过数据拟合关联起来,根据不同环境温度调整系统控制目标,实现了系统控制的同步性和稳定性。检验控制方案优劣,整定控制算法参数,均需建立系统动态仿真模型。本文在详细分析二氧化碳跨临界系统各部件动态响应特性,参考现有制冷系统部件建模方式的基础上,建立了适合于二氧化碳跨临界系统控制研究用的部件动态仿真模型。详细分析了部件间的输入输出参数关系,建立起系统动态模型计算流程,最后对模型进行验证。本文的研究成果能对二氧化碳跨临界循环性能的提高、系统控制策略的研究、控制方案的检验等方面提供可靠的参考依据。