随着社会经济的高速发展,能源与环境问题已经成为制约人类社会与经济可持续发展的主要问题,比如:最近几年的雾霾问题。所以国际制冷界越来越关注和提倡使用自然工质。氟利昂(包括HCFC以及CFC)等制冷剂对臭氧层的破坏作用并且会引起温室效应,其替代品的研制已经成为近年来的研究重点。天然工质二氧化碳作为一个不易燃的、无毒天然流体,具有零ODP(臭氧消耗潜能)以及较低的GWP(全球变暖潜值)。二氧化碳在安全性、可燃性、优良的物理特性等方面具有不可匹配的优势,因此成为了天然制冷剂的首选。微通道平行流气冷器以其结构优势和高效的换热效率,在跨临界二氧化碳汽车空调系统中有着良好的应用。因此,本文从理论出发,采用宏观数值分析计算,研究了微通道平行流气冷器的换热特性并对其做了结构优化。同时,运用分子动力学模拟软件计算了二氧化碳微观结构特征以及输运特性等。针对以上问题,本文主要在以下几个方面开展研究:1、对整体翅片式二氧化碳微通道气冷器的优缺点进行了分析,以翅片高度、厚度、间距为输入变量,空气侧最小压降和最大换热量为输出优化目标,运用CFD软件ANSYS建立数学模型,并将构建的模型导入mode FRONTIER软件,采用NSGA-Π遗传算法进行优化设计计算,整理出优化参数。优化结果表明,翅片高度选取5.7-6.3mm,翅片厚度0.15-0.25mm,翅片间距1.3-1.4mm时空气侧压降及换热性能达到最佳组合。2、利用CFD软件Fluent对整体翅片式微通道换热器空气侧流动与换热特性进行了数值模拟计算,着重研究了换热器结构参数对压降及换热系数的影响,分析整理出翅片高度、间距以及厚度等几何结构参数对换热器压降及换热系数的影响,并得出随着翅片高度的减小、厚度的增大、翅片间距的减小,换热器的压降及换热系数均在增大的结论。3、针对二氧化碳的微观结构的研究,采用目前最为强大的分子模拟软件Materials Studio。首先,仔细讲述了分子动力学模拟的各个关键技术,包括系综、力场、步长等;然后,模拟计算了超临界二氧化碳的密度以及自扩散系数;最后,将密度的计算结果与Refprop值做了对比,分析得出分子动力学模拟过程的各项参数设置准确,可以准确计算超临界二氧化碳的物性,并研究了二氧化碳自扩散系数在不同温度以及压力下的变化趋势。