螺旋管因其传热效率高、结构紧凑、加工方便等优点,在高效蒸汽发生器和冷却器、电站锅炉、核反应堆、石油化工、以及制冷空调等领域得到广泛应用。自然工质CO2作为CFCs和HCFCs的替代工质已成为人们研究的热点,在制冷、热泵及低温余热发电系统中,CO2跨临界循环系统具有广阔的应用前景。研究螺旋管内CO2的流动与换热问题对于新型高效换热器的设计与应用具有重要的科学意义和实用价值。在充分考虑超临界以及亚临界状态下、尤其是准临界温度附近C02特殊的热物性变化基础上,本文自行设计并搭建了高压C02流动传热实验研究平台,通过热平衡、阻力与换热校正,验证了实验系统的可靠性,可以在宽广参数范围内深入开展螺旋管内CO2流动换热与阻力特性研究。在螺旋管内超临界压力C02传热特性研究方面,采用低压大电流加热方式,研究了恒热流密度条件下螺旋管内超临界压力C02的传热特性,获取了运行压力、质量流速和热流密度对换热特性的影响规律。结果表明沿程换热系数总体呈先上升后下降的趋势且极大值发生在主流平均温度小于准临界温度而壁温大于准临界温度条件下。通过理论分析,深入揭示了螺旋管中超临界压力C02热边界层发展、工质变物性以及浮升力和离心力的耦合作用规律,并对不同实验工况下的沿程及周向壁温和传热系数分布特性给出机理解释。基于实验获取的2346个实验数据,以准临界温度为界限,分别拟合出适用于低焓值和高焓值区间螺旋管内超临界CO2换热实验关联式。对螺旋管内超临界压力CO2的阻力特性开展研究,分析改变质量流速和热流密度时,摩擦压降、加速压降、重位压降以及摩擦压降与总压降比值的变化情况。发现摩擦因子随着热流密度呈先缓慢降低后升高的趋势。深入揭示浮升力对螺旋管内超临界压力下C02阻力特性影响机理,并提出基于实验数据的摩擦压降关联式。为揭示CO2在螺旋管内流动沸腾时的换热机理,对不同压力以及不同加热功率时,沿管长和横截面周向壁温分布规律进行研究。深入分析CO2流动沸腾时的干度、质量流速、系统J压力以及热流密度对局部沸腾换热的影响。发现螺旋管内壁温周向分布不均匀,指出浮升力和离心力的相对大小是导致周向壁温分布差异的主要原因。局部平均换热系数随热流密度以及进口压力的增加而显著增加,但增大质量流速对换热系数的影响不大,表明核态沸腾是CO2在螺旋管内流动沸腾的主要传热模式而强制对流效应较弱；发现了随着热流密度增加所引起的核态沸腾强度变化以及干涸和再润湿使得换热系数随出口干度的变化可分为三种变化趋势。并发展了本实验参数范围内C02立式螺旋管内流动沸腾传热系数计算关联式。研究了C02在螺旋管内的沸腾阻力特性,结果表明,亚临界压力C02在螺旋管内的摩擦压降随热流密度的升高而增大,而在不同加热功率下随质量流速会有不同变化趋势,整体呈上升而在小功率或较高质量流速出现下降趋势。压力升高时液相和气相之间的密度比减小,进而导致两相相对速度降低、摩擦压降减小。通过对实验数据回归分析,得到全液相摩擦乘子两相阻力关系式。本研究将为高效换热器的发展以及制冷空调领域相关设备的更新换代与新设备的设计开发提供参考依据。