有机朗肯循环余热回收系统可回收发动机排气所带走的热量，并且具有效率高、设备简单、环境友好等优点。由于我国能源问题的加剧，回收和利用发动机排气低温余热，既有助于解决我国的能源问题，又能有效减少发动机排气对环境的污染，具有十分重要的现实意义。本文从理论和仿真模拟两个方面对整个余热回收系统进行了全面的研究，并对试验进行了初步研究。本文的主要研究内容如下：1完成了有机朗肯余热回收系统中所用工质的选择。通过对比循环工质的环保性能，化学稳定性，安全性，工质的临界参数、正常沸点及凝固温度，工质的流动及换热性能和价格、成本要求等六种性质，最终选用R245fa作为余热回收系统的循环工质。2通过数学建模分析余热回收过程中ORC系统循环过程，分析了冷凝温度和蒸发压力对ORC系统性能的影响。研究结果表明：在同一冷凝温度下系统净输出功率随蒸发温度的升高而显著升高，在同一蒸发温度下系统净输出功率随冷凝温度的降低而显著升高，均呈线性关系。在相同的排气质量流量及温度下，蒸发率随蒸发压力的降低而增大。3结合发动机变工况数据，模拟分析了变蒸发压力对系统的性能影响，并确定了在发动机不同转速下，系统对应的较佳蒸发压力。当发动机转速低于2000r/min时，系统的较佳蒸发压力定为1.2MPa。当发动机转速在2000r/min至2600r/min区间内运行时，系统的较佳蒸发压力为1.6MPa。发动机转速大于2600r/min时，系统的较佳蒸发压力为2.4MPa。此外，分析了在发动机不同转速下，将全转速和蒸发压力范围内，循环工质在系统中不同位置的状态变化分为四种情况。工质的大部分最佳工况点均在情况三所述条件下，即工质在膨胀机入口为气液两相，在出口为过饱和气态。4本文利用GT-Power软件，以BJ493ZLQ3柴油机为基础，建立了发动机排气余热回收系统中的柴油机仿真模型。仿真研究发现：通过比较发动机功率、扭矩、燃油消耗量和燃油消耗率四个参数的仿真值与试验值，其误差均在5%以内。此外，建立了发动机排气余热回收系统中的有机朗肯余热回收系统仿真模型。通过比较系统最佳蒸发压力，其仿真值与分析值的最大误差在10%以内。因此可以说明，此发动机余热回收系统模型的计算精度能够满足对热力学分析结果的验证。最后，通过比较系统输出功率的仿真值与热力学分析值，其误差值大部分在10%以内。根据以上分析可知，热力学分析结果对试验方案有一定借鉴意义。5根据柴油机的工作特点，确定了系统中各主要部件的规格，最终完成了系统中各试验装置的选型和台架的搭建。主要包括：有机朗肯循环余热回收系统中蒸发器、单螺杆膨胀机、冷凝器和工质泵的选型，储液罐和系统管路的设计及加工。然后设计了系统的工作过程，系统主要由发动机循环、有机朗肯循环、冷却水循环和润滑油循环四个循环相耦合的方式组成了整个发动机排气余热回收系统，根据发动机在不同工况下运转情况，对系统中相应的装置进行调节。