近年来,随着全球工业化进程的不断发展,不可再生能源短缺的问题日益凸显,有机朗肯循环发电系统作为回收低品位余热最有效的方法之一,受到了广泛的关注与应用。而涡旋膨胀机是整个系统中最关键的设备,直接影响到系统的发电效率。因此,本文主要针对涡旋膨胀机进行研究,提出了一种新的修正型线方法,建立了数学模型,并对其内部进行了数值模拟,搭建试验平台测试其性能。首先,研究了三种等壁厚型线对涡旋齿结构参数的影响,推导出了圆、线段、正四边形渐开线的方程,以及各自的吸气、排气容积和行程容积比方程,分析了进气口对气动功率转化效率的影响,并建立了涡旋膨胀机动静涡旋盘之间的泄漏模型。通过计算得到,圆渐开线的行程容积比最大,且泄漏线长度最短。其次,针对涡旋膨胀机涡旋齿头的修正,研究了双圆弧修正型线和对称圆弧加直线修正型线的几何特征,在这两种修正型线的基础上,提出了一种新的修正型线方法--渐开线加直线修正型线。分析了进气口开设的位置以及半径大小对涡旋膨胀机的影响,分别计算了三种不同修正型线在相同进气口处的功率损失情况和渐开线加直线修正型线在三个半径不同的进气口处的功率损失情况。再次,建立了涡旋膨胀机的三维模型,并对其进行网格划分,编写UDF程序定义动涡旋盘的运动轨迹,采用弹簧近似光滑模型和局部重划模型相结合的方法重新划分网格,对涡旋膨胀机内部的压力、温度、速度进行数值模拟,并分析了动静涡旋盘之间的切向泄漏的流动规律。最后,针对建立的几何模型进行加工,得到了涡旋膨胀机的试验样机,并搭建试验平台对其进行测试,分别研究了不同负载和不同进气压力下的电流、电压、转速以及出口压力的变化情况,得到以下结论:(1)在不同负载的情况下,随着进气压力的不断增大,发电机输出的电流、电压和功率都有不同程度的增加,当进气压力为0.7MPa,负载电阻为2.5Ω时,此时输出功率达到最大值,为189.14W。在相同工况下,涡旋齿头修正后的膨胀机输出功率增加了37.52W。(2)当负载电阻一定时,动涡旋盘的转速随着容积流量的增加而增加。在容积流量一定的情况下,随着膨胀机进气压力的不断增加,动涡旋盘的转速呈现上升的趋势,且负载电阻的阻值越大,其转速越快。当负载电阻的阻值为5.5Ω时,膨胀机的动涡旋盘的转速达到最大值,为1514rpm。在相同工况下,涡旋齿头修正后的动涡旋盘转速增加了149rpm。(3)涡旋膨胀机的进气压力与出口压力呈正相关,且存在最大膨胀比5.714。