能源与环境问题是全社会共同关注的焦点问题之一,节能环保是工业发展的必然趋势。基于有机物朗肯循环(ORC)的中小型余热回收系统能将低品位热源和工农业废热转变成动力,是一项有效的节能技术。该技术的理论已经得到充分发展,并在电厂、工业锅炉等诸多领域得到广泛应用。汽车燃油燃烧产生的能量中约有50%被尾气和发动机冷却水带走,若能对这部分废热加以回收利用,对基数庞大的汽车工业乃至整个社会来说,都具有重要的节能意义和广阔的发展前景。本课题致力于开发一套能有效回收利用这些发动机产生的废热的小型余热回收系统。本文首先阐述了该课题研究的意义、背景以及国内外研究发展现状,并介绍了相关的中小型余热回收技术的热力学基础和涡旋膨胀机这一核心部件的几何基础与特性。在这些理论研究的基础之上,具体以发动机冷却水热量回收系统进行了详细的热力学设计计算,以系统效率最大化和输出功率满足一定条件为设计目标,确定了系统热力循环参数,并根据过程中的状态参数确定了系统流量和膨胀比,作为膨胀机设计的依据。接下来,课题组根据涡旋机械原理设计并加工出了涡旋膨胀机样机,并搭建了专门的试验台架对其进行了基本性能测试。之后对膨胀机测试台架进行扩展,搭建了完整的发动机冷却水热量回收系统并测试了其实际的能量回收效果。根据实验结果,文章最后对该小型余热回收系统的可行性及在汽车上的应用前景进行了分析,并对该系统及其可扩展的其他相关技术的应用进行了展望。