本文以带节流阀的跨临界CO₂循环系统为研究对象,以提高系统效率,降低运行成本为目的,提出在该系统中添加一定浓度的添加剂方案。考虑到CO₂制冷性能效率较低,尤其在较低蒸发温度工况下,故为了提高CO₂的系统性能,本文提出制冷系统的优化方案,通过热力学分析设计6种CO₂制冷循环系统类型,分析采用二级压缩、膨胀机和经济器对系统的影响,并从系统性能（COP）、压缩机排气温度和热力学完善度三个角度进行比较。本文选择N₂、Ar、R32和二甲醚四种物质作为添加剂,研究它们对CO₂工质的热物性参数和跨临界循环系统性能的影响,并进行分析比较。N2和Ar通常是不凝气体,二甲醚和R32的沸点比CO₂高,且分子量相近,它们作为添加剂被加入后,对CO₂工质的物性参数都有不同程度的影响。从热物性影响的角度分析,通过理论计算可知N2的加入会降低蒸发器的制冷量、压缩机比功与排气温度,提高系统的制冷性能系数,且该系数随不凝气体浓度的增加而增加。加入R32后,蒸发器制冷量和压缩机功率均增大,压缩机排气温度升高,总体表现出使制冷性能系数提高。CO₂蒸发器是CO₂跨临界制冷循环中重要的组成部分,其换热性能直接影响整个系统的性能及紧凑性。通过机理分析得出不凝气体能作为汽核点,促进异相成核,降低核态沸腾发生的成核位垒,减小过热度,从而降低成核温度。通过理论计算,得出降低成核温度能够提高蒸发器的换热系数和制冷量。通过建立带节流阀的CO₂跨临界制冷循环系统试验台,可实现节流阀/膨胀机相互切换,分别对纯CO₂和添加四种添加剂后CO₂混合工质进行制冷循环试验,得出不同添加剂在不同浓度工况下的参数值。分析试验结果可知,在较低的蒸发器入口温度和小于3%的添加剂浓度的工况下,添加N2和Ar后可以改善蒸发器换热性能,并且换热性能随添加剂浓度的增加不断改善。但在浓度为4%时,工质物性参数变化较大,从而引起蒸发器换热性能恶化。此外,N2和Ar的加入会增大压缩机的功率,综合表现出在蒸发温度小于0℃,浓度小于3%的工况下,有利于系统制冷性能系数提高,而浓度在4%时会降低系统制冷性能系数。N2和Ar浓度为1%和2%时,对CO₂热物性影响较小,但会提高压缩机排气压力,从而增大冷却器内流速,使制热量和制热性能得到提高,N2和Ar浓度达到3%和4%时,由于对CO₂物性参数影响较大,从而使系统制热性能下降。R32和二甲醚作为添加剂,主要通过改变CO₂工质的物性参数产生影响。除蒸发温度较高的工况外,添加剂的加入能提高蒸发器换热性能系数和制冷量,同时减小压缩机功率,综合表现为系统制冷性能改善。