本文对适用于120℃左右的有机朗肯循环实验系统的向心透平膨胀机进行了模拟与实验研究,采用CFD技术分析了有机工质透平的内部流场,并进行实验验证,为透平膨胀机性能优化研究提供依据。主要研究内容如下:1.对ORC实验系统所用透平建立模型并进行内部流场模拟。结果表明:除了在叶片尾缘以及蜗壳蜗舌处存在部分损失外,向心透平内流场整体分布均匀,透平等熵效率达到83.41%,达到了设计要求。2.对有机工质向心透平的变工况性能进行了研究。发现透平转速和压力的改变对余速损失的影响较大,在输出功率的计算式中不可忽略透平进出口的动能差;针对所研究的透平,存在最佳转速范围和最佳入口压力使得透平等熵效率和输出功率均达到最大值,最佳转速范围为:45000~50000rpm,最佳入口压力为:0.55MPa。3.研究了叶轮顶部间隙对透平性能的影响。发现受间隙泄露的影响,透平内部流体流动更加复杂,效率和功率分别降低了6.85%和7.97%;顶部间隙增加,效率下降,透平通流能力增强;相比轴向间隙,叶轮径向间隙对透平性能的影响更大。4.对基于低温余热发电系统的向心透平进行了实验研究。结果表明:稳定工况下透平的各项热力参数与模拟值吻合较好;透平入口温度的升高使得透平效率降低,余速损失增加;转速的增加提高了等熵效率和输出功率,实验研究结果进一步验证了数值模拟结果的可靠性。