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开发及回收低温热能资源，不仅能够为人类提供宝贵的能源，且有利于保护环境，具有促进人类社会可持续发展的重要意义。有机朗肯循环(Organic RankineCycle，ORC)技术在低温热能转换利用领域具有显著优势，辐流式汽轮机(Radialflow turbine)是低温热能资源驱动ORC系统的适宜膨胀部件。本文围绕低温发电ORC系统性能的优化，开展了ORC工质和循环参数的优化研究、辐流式汽轮机性能研究，旨在为低温发电ORC系统的优化设计和变工况条件下的优化调节提供参考依据。基于90oC的热水型低温热能和30oC的冷凝温度，以比净功（单位热源水质量流量对应的净输出功率P n et/m water,H）为目标函数，采用基于指定窄点温差值的循环性能分析方法，对亚临界ORC、近临界ORC（蒸发压力或超临界加热压力接近临界压力）、跨临界ORC开展了工质和循环参数优化研究。考察工质范围涉及33种有机工质。注意到近临界ORC蒸发器中传热窄点位置前移到工质泡点之前，以计算热源水放热过程温度曲线和工质吸热过程曲线的方式，确定窄点位置。结果表明：(1)循环参数对系统性能有重要影响，存在最优循环参数使得各个特定循环特定工质系统的比净功最大；(2)工质的性质对系统性能有重要影响，存在最优工质使得特定循环系统的比净功最大；(3)循环选择对低温发电系统的性能有重要影响，亚临界ORC系统给出的比净功最小（最优工质为HFC32、其在最优循环参数下的最大比净功为8.83kJ/kg），跨临界ORC系统给出比净功最大（最优工质为HFC41、其在最优循环参数下的最大比净功为9.98kJ/kg），近临界ORC系统的比净功介于亚临界ORC系统与跨临界ORC系统之间。近临界ORC系统一方面具有比净功优于亚临界ORC系统，而压力水平低于跨临界ORC系统、吸热过程中工质的换热性能优于跨临界ORC系统的优点，另一方面由于工质物性在近临界区域剧烈变化，可能会影响系统的工作稳定性，对近临界ORC系统进行了工作稳定性分析研究。考虑到近临界ORC的优缺点，开展了近临界ORC性能及稳定性研究。首先，对于既可用于亚临界ORC、亦可用于跨临界ORC的3种有机工质HFC125、HFC143a、FC218，考察了其从亚临界ORC向跨临界ORC过渡过程中循环性能的变化特性。结果表明，比净功、工质质量流量和循环热效率均连续过渡，但最大比净功对应的循环参数可能位于近临界ORC的亚临界工况、也可能位于近临界ORC的跨临界工况，因工质而异。HFC125、FC218的最大比净功均出现在跨临界工况，分别为9.76kJ/kg、9.20kJ/kg；HFC143a最大比净功出现在亚临界工况，为8.96kJ/kg。其次，基于蒸发器或超临界加热器换热面积，探讨了近临界ORC系统循环工作稳定性。结果表明，随着蒸发压力或超临界加热压力逼近临界压力，蒸发器或超临界加热器的换热面积对工况的敏感度越来越大。因此，为保证循环系统工作稳定性，不建议采用近临界ORC系统。为低温发电系统优化热力设计辐流式汽轮机，依据一元流动理论及工质膨胀规律，开展了辐流式汽轮机变工况性能及相关调节方法的研究。结果表明，对于辐流式汽轮机出口背压的变化，可采用调节汽轮机转速和更换适当喷嘴等调节方法进行调节；对于辐流式汽轮机工质质量流量的变化，采用部分进气调节法和变化喷嘴角度调节法可以获得较好的调节效果；对于辐流式汽轮机进口压力的变化，可采用调节汽轮机转速和更换适当喷嘴调节方法进行调节。针对课题组现有辐流式汽轮机喷嘴设计缺陷，以辐流式汽轮机变工况调节为方向，为辐流式汽轮机自制可调换喷嘴。以HFC245fa和HCFC123为工质，研究渐缩喷嘴汽轮机和缩放喷嘴汽轮机性能随汽轮机进口压力和汽轮机转速的变化特性。结果表明：(1)汽轮机等熵效率随转速存在极大值（如工质为HFC245fa，汽轮机进口压力为0.3MPa，汽轮机进口温度为85oC，汽轮机出口压力为0.165MPa时，最优转速约为5000rpm）；(2)渐缩喷嘴汽轮机在低汽轮机进口压力的工况中具有优势，而缩放喷嘴汽轮机在高汽轮机进口压力下具有优势；(3)HCFC123的汽轮机等熵效率高于HFC245fa的汽轮机等熵效率。在课题组现有低温发电ORC实验系统基础上，搭建辐流式汽轮机发电系统部分。基于90oC的热水型低温热能和30oC的冷凝温度，分别以HFC245fa和HCFC123为工质，以比电功（单位热源水质量流量对应的发电功率，P g e/m water,H）最大优化循环蒸发温度。结果表明，渐缩喷嘴汽轮机采用HFC245fa时，蒸发温度为69.16oC时比电功最大值为1.278kJ/kg。基于90oC的热水型低温热能和75oC的蒸发温度，分别以HFC245fa和HCFC123为工质，以比电功最大优化循环冷凝温度。结果表明，缩放喷嘴汽轮机采用HFC245fa时，冷凝温度为29.07oC时比电功最大值为0.893kJ/kg。HFC245fa的循环性能优于HCFC123的循环性能。基于实验数据，开展了负载电阻对汽轮机转速控制规律和发电机效率变化规律的研究。结果表明，汽轮机转速随负载电阻的增大而增大；传动-发电效率随转速存在极大值；转速一定时发电机效率随负载电阻的增大而减小。