随着我国的经济快速发展,对能源的需求量越来越大,能源的有效利用成为现代研究重要问题。我国有着充足的中低温余热资源,但能源利用率却很低,有机朗肯循环系统在回收低温热源的优势得到了国内的关注,其核心部件膨胀机效率高低直接决定有机朗肯循环发电性能。本文对采用工业汽轮机为原动机的有机朗肯实验系统,在实验室进行初步调试及以R11为循环工质的性能测试实验。经过测试,实验系统成功运转,最大输出功率可达到0.9kW,汽轮机空载最大转速为2980r/min,基本达到了汽轮机的出厂额定转速。同时汽轮机效率随蒸发压力上升而升高,测试过程中汽轮机最高效率能够达到40.7%,通过性能测试实验得知汽轮机效率性能有很大提升空间。通过ANSYS Workbench平台针对实验用汽轮机动静叶通流部分进行流场数值模拟研究,受叶型影响,静动叶表明压力不均出现低压区域;由于流体黏性作用,在静动叶叶根处均出现涡旋现象;受到轮毂、循环工质性质及叶型的影响,静叶尾缘和动叶叶背处出现低速区,造成循环工质气动加速受阻,流动不畅,产生流动损失;靠近轮毂的叶根处气流产生较大的粘性摩擦损失造成靠近叶根处熵增较大,靠近叶顶部分气流动紊乱复杂产生较大的流动损失。通过计算得到等熵效率为85.1%。为研究不同工质对汽轮机效率性能的影响,选取R11、R123、R141b及R245fa四种工质,在不同蒸发温度和质量流量条件下,通过对流道流动情况及后处理数据计算分析得知R11性能较好,R123次之,R245fa最差。选取四个叶型几何角为控制变量,通过ANSYS Workbench平台,利用均匀设计法进行数值模拟,并采用单向流固耦合方法对优化叶片进行强度校核,结果表明:优化后的叶型有效改善了流道内流动情况,压力分布更均匀,工质流动更流畅,涡旋现象明显改善,熵增减小,叶片做功能力变大,等熵效率达到88.6%,较优化前提高了3.5%。强度校核结果表明优化叶片最大变形量小于叶顶间隙设计,最大等效应力远小于材料屈服强度,汽轮机满足安全运行要求。该论文有图48幅,表19个,参考文献63篇。