超临界二氧化碳（Supercritical Carbon Dioxide,sCO2）布雷顿循环系统与传统循环系统相比,具有系统尺寸小、循环效率高、工质易获取等优势,近年来成为学者们的研究热点。针对学者们研究报道中还存在的问题,本文分别从循环模拟和相关叶轮机械设计两方面,对sCO2布雷顿循环系统展开了相关研究。为深入研究不同物性计算方法对sCO2布雷顿循环性能模拟准确度的影响,本文首先采用Aspen HYSYS与Aspen Plus软件分别建立了三种循环模型:简单循环、再压缩循环和分流再压缩循环;并使用四种物性方法对每种循环进行了模拟,与实验室数据对比,结果表明Aspen Plus软件下的REFPROP物性计算方法准确度较高。然后使用该物性方法计算对比了以上三种循环在相同工况下的循环效率,结果证实:带有回热的循环可以获得较高效率。最后,基于再压缩循环模型,在不同的回热条件下,研究了循环中五个主要参数对循环效率的影响。本文结论可为sCO2的再压缩循环模型设计提供理论参考。为考察非设计工况下sCO2布雷顿循环系统中叶轮机械的变工况性能,以及对循环系统的影响,本文选取分流再压缩循环的实验工况作为设计工况,对循环中的四台叶轮机械设备:主压缩机、再压缩机和两台涡轮进行了设计与分析。首先采用Concept NREC软件对四台设备进行了一维设计与三维造型;而后利用NUMECA软件对得到的四台设备的内部流动进行了三维CFD模拟计算。计算结果显示,本文设计得到的四台设备可以满足设计要求,气动性能良好。在此基础上,采用Concept NREC软件对四台设备分别进行了一维变工况性能分析,得到了四台设备的特性曲线。最后,本文将设计得到的四台叶轮机械的特性曲线与循环模型相结合,对循环的实际运行情况进行了模拟分析。模拟结果可为sCO2布雷顿循环在实际运行中的应用提供相关参考。