ORC技术是回收内燃机废气余热的重要方式,是实现节能减排的重要方式之一。在有机朗肯循环系统中涡旋膨胀机的性能直接影响整个余热回收系统的效率。本文对ORC系统中的涡旋膨胀机进行了设计,并对其工作过程进行相关模拟和性能研究。首先对其几何结构进行分析,得出其各种参数之间的关系,又对其工作过程进行了介绍,总结出了涡旋膨胀机的开始排气角和膨胀起始角的计算公式,并对膨胀机工作腔容积变化进行了描述。其次,针对内燃机的余热利用需求,确定了其设计性能指标;同时,针对ORC系统的工作工况,对其主要设计参数进行了计算,并对其进气口进行了设计。并提出一种新的齿头修正方法双圆弧加直线的修正方法。又对其三维模型进行了建立。然后,利用Fluent分析软件对其进行模拟分析,得出了不同时刻下涡旋膨胀机压力、温度以及速度的变化规律。最后研究涡旋膨胀机在不同进口温度、进口压力、及主轴转速下质量流量、输出功率、等熵效率的变化规律,得出在进口压力为0.8MPa时候达到最大等熵效率33.6%,达在进口温度为425K时候到最大等熵效率34%,在主轴转速为2500rpm时候达到最大等熵效率28%。同时,应用Fluent分析软件,对不同工况下膨胀机的压力场、温度场和速度场进行了对比分析,得出不同工况下膨胀机工作腔内部流动特性。