随着能源危机和环境压力的与日俱增,可再生能源的价值逐步被大众所关注,有机朗肯循环系统(Organic Rankine Cycle,ORC)可以高效的回收工业余热、太阳能热等为代表的可再生能源,是实现能源利用和环境友好的有效途径之一。涡旋膨胀机作为ORC发电系统中的重要组成部分,其性能很大程度上影响着整个ORC系统的性能参数。文本针对ORC系统中的涡旋膨胀机,首先构建了其数学模型,然后在前人研究的基础上,对其进行了内部瞬态流场的模拟以及分析。主要研究内容如下:(1)首先介绍关于涡旋型线的理论知识,得出了啮合所需的基本条件。然后介绍了基于圆渐开线型线的涡旋膨胀机涡旋齿齿头修正,以双圆弧-直线修正法作为例子,得到其齿头面积随主轴转角的变化规律,运用积分法求得涡旋膨胀机各个腔体的容积,并对修正和未修正两者吸气容积进行对比分析。得出如下结论:修正后的容积计算方法简单,且随着修正角的增大,吸气容积也随之增大。(2)根据等截面和变截面涡旋膨胀机的几何模型,分析了等截面和变截面涡旋膨胀机容积在一个运转周期内的变化情况。基于质量和能量守恒构建了涡旋膨胀机的整体数学模型,并且对数学模型的求解,得到了涡旋膨胀机工作腔内工质的压力、温度和质量随主轴转角的实际变化规律。经过对涡旋膨胀机数学模型的定量化剖析,揭示了等截面和变截面涡旋膨胀机几何参数对性能的影响规律;(3)以涡旋膨胀机流场作为模型,建立其流场的三维立体模型,结合动网格技术对其进行非定常CFD数值模拟,以R134a为工质,对涡旋膨胀机腔内气体的流动规律和力学特性以及不同转速下涡旋膨胀机的输出扭矩和输出功率做了详细的分析。分析表明:进出口工质质量流量随着主轴转速的增大而增加;膨胀机的输出扭矩随着主轴转速的增大而减小,输出功率逐渐增大,其结果与数值计算结果基本一致。