CO₂作为自然工质,其最有可能成为汽车空调领域的最终替代物。为避免我国汽车空调业再次面临R134a替代过程中制冷剂及新技术几乎完全进口的被动局面,我们必须加速CO₂制冷循环的实用化研究工作,自主研制能装车的满足汽车空调性能要求的CO₂汽车空调系统。国内在CO₂汽车空调系统以及部件的研究方面已经取得了一系列成果,特别是在系统静态、动态性能的分析方面以及部件开发和性能优化等方面。但从目前公开的文献来看,对于部件在系统之中如何协调匹配工作,从而使系统性能达到最优等方面的研究工作还比较少见。本文在此背景下,对跨临界CO₂汽车空调系统进行了设计和匹配研究,主要包括如下内容:一、建立翅片管蒸发器和气冷器的数学模型,通过计算值和实验值的对比,模型的准确度在±5%以内。模型中采用目前公开的关于CO₂换热和压降的最新关联式。基于数学模型从排列方式、翅片间距以及流程布置等角度对蒸发器和气冷器进行了优化设计;二、从部件与系统匹配角度建立了系统匹配仿真平台。匹配分析结果表明,适用于本设计系统的最优中间换热器长度为1000mm、最佳节流面积为0.7mm²。考察了制冷剂充注量对系统各部件运行参数、压缩机耗功、系统制冷量和COP的影响。为CO₂车用空调系统最佳制冷剂充注量的确定提供了分析平台,避免了大量的实验和繁琐的理论计算。三、进行了国内第一套由节流短管、翅片管换热器、变排量压缩机、套管式中间换热器、气液分离器组成的CO₂汽车空调系统装车测试;并对系统降温曲线、制冷量以及各部件进出口温度和压力等参数进行了台架实验和实车测试。实车测试结果表明,环境温度为25oC,阳光辐射为300W/m²时,车内各测点温度大约在600s后基本稳定,蒸发器出风口温度能在12℃左右达到稳定。