随着我国经济迅速发展，能源需求量急剧增加，能源供需矛盾日益突出。解决能源供需矛盾的可行办法一是“节流”，提高化石能源利用效率;二是“开源”，开发新能源及可再生能源等。在我国电站锅炉和工业锅炉分别是第一和第二大耗能设备，其烟气余热资源极为丰富。单螺杆膨胀机是可实现余热回收利用方式的膨胀动力装置之一，它具有转速低（可直接与发电机耦合）、膨胀比大、变工况性能好、效率高、寿命长、运行稳定等优点，特别适合于烟气余热回收系统。从国内外研究现状看，对单螺杆膨胀机主要侧重于膨胀机的加工和性能研究，缺乏对膨胀机复杂截面螺旋槽道内多组分多相流流动特性的研究，而这正是影响膨胀机效率的重要因素。本课题提出对矩形截面螺旋槽道和螺杆槽道内单相及两相流体流动特性进行研究，这为寻求有效手段提高膨胀机效率，改善其性能提供必要的研究基础。　　首先，建立矩形截面螺旋槽道内流体流动的数值计算模型。对矩形截面螺旋槽道内单相空气或者制冷剂R123以及空气-水气液两相和制冷剂R123-油两相流动特性进行数值模拟，获得不同结构参数条件下，螺旋槽道内单相流体的速度场、压力场分布及变化规律，针对不同结构参数条件下，槽道内两相流体流动过程中的压力场及液（油）相分布及变化规律进行探讨，并进一步揭示螺旋槽道外壁面的压力分布和液相分布规律。这对提高膨胀机工作效率，改善其性能提供一定的指导作用。然后，探究不同曲率和挠率等结构参数以及两相流量对矩形截面螺旋槽道内单相及两相压降及压力变化的影响规律，采用线性回归的方法得到矩形截面螺旋槽道内单相及两相压降计算关系式。　　其次，基于膨胀机螺杆槽道结构，建立螺杆槽道内流体流动的数值计算模型。对螺杆槽道内单相空气或者制冷剂R123以及空气-水气液两相和制冷剂R123-油两相流动特性进行数值模拟，获得不同节圆直径下，螺杆槽道内单相流体的速度场、压力场及两相流体的压力场及液（油）相分布及变化规律。探究不同节圆直径以及两相流量对螺杆槽道内单相及两相压降及压力变化的影响规律。对螺杆槽道内两相压降特性进行理论分析，在此基础上，获得螺杆槽道内两相压降计算关系式，为后续有关螺旋槽道内单相及两相流动特性的研究提供理论基础。　　再者，搭建了矩形截面螺旋槽道内气液两相流动的可视化实验平台，实验观察槽道内气液两相流动特征。(1)对水平放置矩形截面螺旋槽道内气液两相流动特性进行了实验研究，获得了不同周角位置，泡状流、间歇流和环状流的主要流动特征，得到水平放置矩形截面螺旋槽道内气液两相流动的流型图，并采用量纲分析方法得到，弹状流向环状流转变以及弹状流向泡状流转变的转变界限方程。理论分析弹状流中气弹速度，并进一步统计得到气弹和液弹的分布规律，实验研究了弹状流中液膜厚度分布规律及环状流的液膜厚度分布规律。(2)对竖直放置矩形截面螺旋槽道内的气液两相流动特性进行了实验研究，获得了竖直螺旋槽道内的流型以及各流型的变化规律，得到了竖直螺旋槽道内气液两相流动的流型图，研究了弹状流中气弹运动速度、气弹长度分布、液弹运动频率、弹状流下降液膜速度及环状流的液膜厚度等参数的变化规律。最后，实验研究了矩形截面螺旋槽道内单相及气液两相的压降规律，理论分析得到矩形截面螺旋槽道内单相及气液两相压降计算关系式，建立螺旋槽道内单相及气液两相流动的理论描述，为完善螺旋槽道内单相及气液两相流动特性模型提供实验基础。