随着经济增长与环境保护、能源消耗等问题的矛盾逐渐尖锐,双螺杆膨胀机作为一种新型的余热回收装置得到了广泛的关注。然而目前国内现有的螺杆膨胀机多为螺杆压缩机改造而成,之后匹配系统投入运行,但改造后的膨胀机不能完全适应工作介质的热力性能,使得膨胀机在高温高压工况下的可靠性有所降低,并影响着系统的工作效率。除了设备改造过程中存在的不足,鉴于膨胀机工作过程较为复杂以及采用实验研究受到多方面条件的限制,目前有关膨胀机的研究多集中在系统性能上,对膨胀机自身结构的特性还需进一步的探索。鉴此,本文基于仿真模型技术、流体力学理论和数值模拟方法,针对中低温范围内有机朗肯循环动力驱动双螺杆膨胀机的基础应用问题进行了以下主要研究。螺杆转子型线是双螺杆膨胀机的核心技术,本文通过分析转子型线的设计要素以及建立转子型线数学模型,计算出型线组成齿曲线方程,并运用MATLAB软件编制啮合型线程序,在此基础上分析了转子型线几何参数对面积利用系数的影响,可大大提高型线的设计效率。根据流体运动轨迹设计出吸、排气孔口的位置和形状,进而确定双螺杆膨胀机主要零部件的结构及外形参数,利用Siemens NX强大的三维造型功能建立膨胀机的三维仿真模型,并进行装配分析,以验证设计模型的可行性。双螺杆膨胀机工作介质在空间三维内部流场内做螺旋运动,采用数学解析及实验探究方法描述其运动规律比较复杂,本文基于计算流体动力学理论,通过建立膨胀机工作通道有限元模型,利用专业CFD仿真软件CFX对膨胀机内部流场进行仿真分析,得到运动流体的压力场、速度场分布规律以及膨胀机结构压力分布情况,揭示了流体在双螺杆膨胀机内部运动的主要特征;在此基础上,进一步分析场变量和排气孔口结构对流场运动的影响,明确了双螺杆膨胀机工作中的动力学作用机制。双螺杆膨胀机的动力性能是评判膨胀机工作性能的重要指标之一,螺杆转子作为膨胀机动力传输的核心部件,对膨胀机动力性能的影响不容忽视。本文从膨胀机振动噪声角度出发,针对转子高速旋转过程中基元容积压力周期性变化的特点,基于有限元思想,建立了简化的螺杆转子受力计算模型;同时采用ANSYS Workbench计算软件对转子进行受载变形仿真模拟,探讨了螺杆转子应力与变形的简谐变化规律。最后,对螺杆转子在固有频率和激励频率下的振动特性进行了分析,结果表明,双螺杆膨胀机运行可靠、动力性能良好,为膨胀机工作性能预测与评估提供了探究方法。