在《蒙特利尔议定书》中规定的HCFCs完全禁止使用的日期逐渐靠近、全世界提倡低碳环保的今天，世界各国科学家和技术专家将目光逐渐集中在天然制冷剂上。水(R718)作为一种完全环保、安全、廉价的天然制冷剂，重新得到重视，并很可能成为下一代制冷剂的长期替代物。本文对以R718为制冷剂的水蒸气压缩制冷系统的蒸发器内部换热及其强化进行基础性研究;以罗茨压缩机为研究对象，对该压缩机及其所在的水蒸气压缩制冷系统进行数值计算并提出系统优化方案;搭建系统测试平台，进行实验研究。本文内容主要包括:　　搭建用于初步研究负压下水在水平铜管表面沸腾换热性能的测试系统，验证测试系统及实验数据的可靠性，对水在水平铜管表面的沸腾换热系数进行实验研究，并对各工况下的实验结果进行数据拟合，得出关联式。实验结果表明，负压工况下，当热流密度一定时，水的沸腾换热系数随压力的升高而增大。当压力一定时，换热系数随热流密度的增加而增大。同时，在实验工况范围内，得出实验压力与平均壁面过热度的对应关系。　　采用表面张力法来确定异辛醇和非离子表面活性剂AEO的临界胶束浓度CMC，并按照CMC的不同倍数来分别确定换热强化实验中各表面活性剂的添加量。利用沸腾换热测试系统，在去离子水中加入不同种类的表面活性剂，在负压工况下对表面活性剂的强化换热影响进行实验研究，得出表面活性剂的浓度、压力和热流密度等因素对沸腾换热系数的影响规律。同时，对负压工况下表面活性剂的蒸汽携带性能以及非离子表面活性剂的浊点和EO基团对沸腾换热的影响进行实验分析。实验结果表明，添加少量的异辛醇和AEO在负压下均对水的沸腾换热具有强化作用，且浓度为CMC时强化效果最佳，当热流密度为6174W/m2时，异辛醇的强化效果可达60％左右，AEO3可达30％左右。当浓度为CMC的2倍时，异辛醇会明显恶化水的沸腾换热，AEO的添加仍对水的沸腾换热起到强化作用，但换热系数明显低于相同工况下浓度为CMC时的值。实验工况下，异辛醇在CMC时对水的沸腾换热的强化作用要高于AEO，而对于AEO有AEO3＞AEO9＞AEO7的强化规律。负压工况下，水蒸气对异辛醇和AEO3均具有携带作用，蒸汽凝液中异辛醇的浓度与原溶液浓度基本相等，而AEO3的携带量极少，且随热流密度的增加而增大。本实验工况下，非离子表面活性剂AEO的浊点均高于实验温度，故而对沸腾换热无影响。　　建立罗茨压缩机数学模型，对其在水蒸气压缩制冷系统中的性能进行计算分析，并与相同工况下的等熵压缩制冷系统的性能进行对比。为有效降低罗茨压缩机的排气温度，本文提出了三种系统优化方案，即带补气的罗茨式水蒸气压缩制冷系统，双级压缩中间完全冷却的罗茨压缩机系统以及带喷液的罗茨式水蒸气压缩制冷系统，并对各方案进行模型假设及性能分析。计算结果表明，罗茨压缩机的中间补气在大幅度降低排气温度的同时，有利于功率的略降低。双级压缩中间完全冷却系统在有效降低压缩机排气温度的同时，可大幅度提高系统制冷及制热性能系数，与等熵压缩系统相接近。罗茨压缩机吸气腔内的喷液有利于压缩机功耗的减少，压缩机的功耗随喷液量的增加而降低，该方案在降低压缩机排气温度方面最为有效，同时可提高系统的运行性能。　　利用对罗茨压缩机的模拟结果和负压工况下水的沸腾换热系数的实验结果，对罗茨压缩机、蒸发器以及系统其他部件进行模型假设，并对单级压缩的罗茨式水蒸气压缩制冷系统进行数值模拟和理论分析。结果表明，系统的制冷量随蒸发器换热系数的增加和冷却水流量的增加而增大。在考虑水泵功率的情况下，冷却水流速在1.6m/s时对系统的运行较为有利。同时，搭建了罗茨式水蒸气压缩制冷系统的实验测试平台，结合理论分析，确定测试对象及实验方案，对系统进行实际运行研究。实验结果表明，水蒸气压缩制冷系统的设置不宜复杂。当冷凝温度变化不大时，系统的制冷量随蒸发温度的升高而增大，压缩机的实际功耗随蒸发温度变化不大，系统的制冷EER随蒸发温度的升高而增大。