随着环境与能源问题的日益突出,利用有机朗肯循环(ORC)技术回收车用内燃机余热能得到广泛研究。本文对有机朗肯循环车用内燃机尾气余热利用系统进行了相关数值模拟和试验研究。首先,采用GT-Suite软件建立基本ORC系统和直连式再热ORC系统的仿真模型,验证模型准确性后进行数值模拟。研究结果表明:基本ORC系统中,膨胀机转速减小、冷却介质温度减小或冷却介质质量流量增大时,系统净输出功率增大,系统循环效率提高。直连式再热ORC系统中,研究范围内膨胀机2的膨胀比和输出功率均大于膨胀机1,膨胀机2为系统的主做功部件。适度降低直连式再热ORC系统中任意一个膨胀机转速均会增加系统净输出功率和系统循环效率,使系统性能得到改善。其次,建立车用内燃机—ORC系统联合仿真模型,研究变工况下联合系统的运行性能。研究结果表明:直连式再热系统的停机区间大于基本系统停机区间。直连式再热系统与基本系统相比具有更高的系统净增长功率、内燃机热效率改善度和系统BSFC减少量,对内燃机中高转速和转矩下的排气余热具有更好的回收效果。随着内燃机转速和转矩的增加,两个系统中的有机工质在蒸发器出口均由液态向饱和蒸汽、过热蒸汽状态过渡。当有机工质达到过热蒸汽状态时,蒸发器出口过热度随内燃机转速和转矩的增加而增大。提出一种可调式再热系统,并对其运行性能和控制策略进行仿真研究。研究结果表明:可调式再热系统可实现在停机区间、基本模式和再热模式之间进行转换,可调式再热系统与直连式再热系统相比具有更大的运行范围,对内燃机排气余热回收利用的效果更好。当内燃机以转速2100r/min,全负荷工况运行时,可调式再热系统净增长功率、内燃机热效率改善度和系统BSFC减少量达到最大值,分别为5.34k W、0.79%、4.47g/(k W·h)。最后,搭建了基本有机朗肯循环余热回收系统试验台架,并进行了固定热源、固定工质泵转速下,负载变化对系统性能影响的相关试验。根据试验结果对台架性能进行了分析与评估。