超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环系统以其循环效率高、工质环保、设备尺寸小及能量密度高的优势,在工业余热利用、联合循环发电、核能发电和太阳能热发电等方面有着广泛应用前景,对于S-CO2布雷顿循环的研究也得到了广泛的重视。S-CO2再压缩布雷顿循环作为其中典型系统,能有效解决简单回热循环中的回热器夹点问题,并使其循环效率得到显著提升。本文在S-CO2再压缩布雷顿循环的基础上提出了循环效率更高的S-CO2双重再压缩布雷顿循环,并构建了简单回热、再压缩以及双重再压缩这3种不同布局的S-CO2布雷顿循环系统模型,对3个系统进行热力性能分析及优化,对各循环系统的主要参数如压缩比、分流比、透平进口温度、冷却器出口温度的变化对各系统循环效率、透平做功、压缩耗功以及循环净功的影响进行了分析,以得到各循环在给定条件下最优设计参数及其对应的最佳热力性能;并对各循环系统进行了（火用）分析,分析了各系统（火用）损分布、系统（火用）效率、各部件（火用）效率及参数对（火用）损和（火用）效率的影响,得到以下结论:对于S-CO2简单回热布雷顿循环,循环效率随压缩比的增加先升高后降低,存在最佳循环压缩比,且最佳压缩比随透平进口温度的升高而增大,在压缩比达到3～3.6以上,增大压缩比对于循环效率的提升效果减弱,考虑到提高压力会增加系统设备投资成本,透平入口压力应选择在23 MPa～28MPa。不同透平入口压力下,系统性能均随着透平进口温度的升高而提升。而在较高的透平进口压力下,系统性能随冷却器出口温度的升高而下降,在较低的透平进口压力下系统性能随冷却器出口温度的升高而提升,在推荐的透平入口压力范围,冷却器出口温度建议设置在CO2临界点附近,即32℃～34℃。在S-CO2简单回热循环（火用）损分析中,（火用）损最大的是加热器,其次是回热器、冷却器等换热设备。对于S-CO2再压缩布雷顿循环,分析了高温回热器和低温回热器的夹点位置随分流比增大而变化的情况,循环分流比有最小值,在本文设置的初始参数下,在压缩比增大过程中,系统的最小分流比也增大,当压缩比从2增加至4时,最小分流比从0.208增大至0.398,只有在分流比大于某一数值时,再压缩系统循环效率才高于对应的简单回热循环;在不同压缩比下均存在不同的最佳分流比和相应的最优效率,在压缩比为3.6和分流比为0.635时,系统的最优循环效率达到最高,为47.18%;在各设备的（火用）损分析中,在分流比增大过程中,低温回热器和冷却器的（火用）损变化幅度最大。对于S-CO2双重再压缩布雷顿循环,再压缩机1的分流比x1存在最大值,主压缩机分流比x2存在最小值,每一固定的x1对应一个最佳的x2使得循环效率达到最佳,存在最佳的分流系数组合（x1,x2）使得循环效率达到最佳;在本文设定的条件下,最佳分流系数组合为x1=0.2,x2=0.5,对应的最佳循环效率为48.40%。最后,在高、低参数工况下,对于3种不同的循环布局系统进行了性能计算和对比分析,结果表明双重再压缩循环的系统性能均最好,再压缩循环次之,简单回热循环的系统性能最差。对比2种不同工况,在S-CO2布雷顿循环系统中增加多级回热压缩可以提升系统性能,尤其可以提升系统中回热器和加热器的性能,但随着回热压缩的级数的增加,提升的效果会减弱,综合考虑系统的成本、循环布局的复杂性以及对循环性能提升的效果,S-CO2布雷顿循环系统中的回热压缩过程的级数不宜过高。