针对传统基于物理相变的蒸气压缩式制冷循环性能系数低、单位质量制冷量较小,无法应用于高热流密度设备冷却的问题,本文提出了一种基于物化热效应的制冷/热泵循环,该循环采用化学反应过程伴随高焓变的有机物质氨基甲酸铵作为制冷剂,采用易溶解氨基甲酸铵、高沸点的惰性液体乙二醇作为工作液体。利用吸热反应器内氨基甲酸铵分解反应以及气体反应产物氨气、二氧化碳汽化的高吸热效应吸收热量,利用放热反应器内混合气体氨气和二氧化碳的合成反应放出大量的热,构建完整的制冷循环。同时考虑将该热泵循环用于低品位余热回收领域。对该循环的热力性能及运行性能进行了理论分析,通过对溶液的竖管降膜过程进行模拟研究,优化实验装置的设计,并搭建了降膜式分解反应实验平台,对氨基甲酸铵-乙二醇溶液的降膜分解反应过程进行了研究,在此基础上构建了基于物化热效应的制冷系统模型,对系统进行了能效分析和结构优化。首先,介绍了基于物化热效应的制冷/热泵循环的基本流程,分析了不同工况对循环的热力性能的影响,并与传统的单级蒸气压缩式循环的热力性能进行对比,结果表明该制冷循环的性能系数相对较高。吸热温度、放热温度、中间压力、中间温度等参数对系统的热力系数和压缩比的影响进行了理论计算和分析,结果表明该制冷循环的吸热、放热温差不宜高于40℃,对于不同的工况存在不同最佳中间压力P_mopt使循环的性能系数最大,最佳中间温度为该压力下AC反应的平衡温度。同时提出将该热泵循环用于低品位余热的回收利用,分析了不同吸放热温度、中间压力、中间温度、工作液体等参数对循环性能的影响。与传统的蒸气压缩式工业余热热泵相比,该高温热泵循环在吸热温度越高、吸放热温差越大时,热力系数越大,循环也越接近逆卡诺循环。该热泵循环适用于输入温度30⁵0℃,输出温差高于40℃工况下的余热回收应用。其次,介绍了降膜式分解反应实验平台,对氨基甲酸铵分解反应实验流程进行了详细介绍,并进行了实验误差分析。由于系统的吸热反应器采用压降小、传热系数高、气体产物易逸出的降膜式换热器,缺少相关的理论及实验研究,因此对乙二醇液体的竖管降膜过程进行了数值模拟研究。通过模拟计算分析了不同布膜间隙、溶液流速、压力等参数对溶液降膜过程的影响。模拟研究结果表明,溶液流速以及布膜间隙对液膜流动的影响较大,对于不同的液相流速,存在不同的布膜间隙使得液膜均匀、稳定地流下。而压力对溶液降膜过程的影响相对较小。在实验工况范围内,设计布液器与降膜铜管间的距离即布膜间隙为2mm。然后,利用降膜式分解反应实验平台,从实验方面研究降膜过程中氨基甲酸铵分解反应的特性。在实验工况范围内溶液液膜Re为1²0,处于层流状态。实验研究了溶液浓度、进口温度、平均流速以及热源热水进口温度、压力等参数对氨基甲酸铵-乙二醇溶液的降膜分解反应速率、转化率的影响,为系统模型的建立提供实验数据支撑。最后,结合循环热力分析以及降膜分解反应实验研究的结果,利用Aspen plus软件建立了基于物化热效应的制冷系统模型。通过对系统流程模拟计算所得的热力学数据,利用化工过程热力学分析方法揭示了整个制冷系统的能量损耗及有效能损失的原因及部位,从而为整个系统的流程改进及优化提供依据。模拟计算得到的制冷系统的性能系数为7.22,有效能效率为29.65%,能量利用率较低,系统仍有较大的结构优化、性能提升空间。放热反应器、吸热反应器以及节流阀的有效能损失最大,分别占总有效能损失的34.11%、34.08%和9.34%,是系统优化的主要部件。作为制冷剂的溶液浓度较低,导致吸、放热反应器内的物理有效能损失较大,约占部件总损失的93.66%。利用有效能损失分解理论对部件进行分析,指出放热反应器的可避免损失占比较大,约为74.10%,主要为CO2、NH3气体与溶液的混合损失以及冷却水的热量有效能损失,可以通过减小冷热流体温差、余热回收、降低进入反应器的混合气体温度等措施减小反应器内不可逆损失。