为了净化大气环境和利用可再生能源,使人类社会得到可持续发展,本文以回收柴油机废气余热热源为目的,开展了柴油机废气余热发电系统的研究。文中在对国内外相关领域进行了充分调研的基础上,结合工程实际状况,针对柴油机废气余热发电特点,对现行的柴油机废气余热利用设备进行比较,选择了R11为工质,由蒸发器、冷凝器、汽轮-发电机组等主要部件组成的有机朗肯循环热力系统模型。文中以热力学理论为基础,计算了柴油机废气余热发电系统的运行参数(比焓、熵、工质流量、雷诺数、蒸汽出口速度等)和各主要组件(汽轮-发电机组、冷凝器、喷管)的结构参数,计算了系统发出的电量。同时从热交换器换热理论出发,建立了表征工质-水冷凝器传热数学模型,针对小型壳管式冷凝器编制了稳态传热仿真程序,利用该仿真程序分析讨论了工质R11和冷却水入口温度和流量对冷凝器传热性能的影响。探讨了冷凝器结构尺寸随着工质和冷却水压力、温度、流速之间的变化关系。本文提出了汽轮机喷管的优化设计,利用有限元法,通过matlab软件,对喷管的模型进行数值模拟和结构优化,在相同入口势差条件下,计算出锥型喷管结构最优。该项实验设计模型不仅可以应用于柴油机废气余热发电的研究,同样适用于舰船、客车等大型交通工具的废气余热发电,而且对地热、太阳能及海洋温差发电均有参考价值。