CO2工质环保无污染,以CO2为循环工质的热泵热水器(文中简称为CO2热泵)能获得高温热水。CO2热泵技术的研究还有很多值得深入的地方,如如何减少热泵节流损失、降低使用要求等,如何使用膨胀机回收膨胀功以提高系统性能系数。本文通过建立CO2热泵系统循环和关键零部件的性能仿真模型,分析CO2物性、工作环境、关键零部件等对热泵性能及其不可逆损失的影响,提出CO2热泵系统循环和关键零部件的设计准则。本文的主要研究工作如下：一、对CO2热泵的循环方式进行了研究和比较,并对CO2跨临界双级压缩带膨胀机循环的性能和(?)进行了计算。从提高CO2热泵性能系数的角度出发,分别研究和比较了带回热器、膨胀机或节流阀等三种跨临界双级压缩循环,获得CO2热泵系统循环系数最大的循环方式为带膨胀机的循环,对CO2跨临界双级压缩带膨胀机循环的(?)进行了计算。根据计算和仿真结果,提出了CO2热泵循环设计建议：提高低压级压缩机、膨胀机的绝热效率,降低其(?)损,从而提高循环系统整体性能。二、对CO2热泵膨胀机进行了膨胀过程分析和不可逆损失分析。对膨胀机的膨胀过程进行分阶段研究,膨胀机膨胀功来源不同,膨胀回收功将受进出口状态的影响。对CO2滚动活塞膨胀机的不可逆损失研究表明,膨胀机不可逆损失除受流体状态影响之外,还受到膨胀机结构的影响。为了降低膨胀机不可逆损失,提出了膨胀机的设计原则：保持合理的接触间隙,使膨胀机不可逆损失总量保持在较低水平,从而提高膨胀机的绝热效率。三、对CO2气体冷却器的换热性能分析。对套管式CO2气体冷却器进行微元建模研究,将每一个微元的出口状态作为下一个微元的入口状态,从而确保准确计算CO2气体冷却器中流体状态的动态变化。研究显示,CO2气体冷却器的换热性能除受其进出口CO2流体、冷却水状态影响之外,还受其结构影响。因此,CO2气体冷却器的设计原则是：采用小管径的长管结构,提高流体侧换热效率,从而提高气体冷却器的换热性能。本文对CO2热泵系统循环进行了仿真研究和比较,从优化热泵部件性能的角度,对膨胀机等关键零部件进行了性能仿真分析,结论能为CO2热泵的设计提供理论指导。