能源是人类社会发展的基础和动力，随着人类对能源的需求量日益增加，能源问题也日益突出。我国经济的快速发展，已经成为世界上最大的能源消耗国。我国资源人均占有量少，能源利用率低，由此导致的环境问题日益严重。我国政府意识到加大产业结构调整，大力发展清洁能源。船舶是一种能源消耗量巨大的运输工具，伴随世界油价的上涨，船舶余热回收已经成为造船界和海运界的研究热点。本文主要研究有机朗肯循环在重型船用柴油机余热回收方面的应用，主要由四部分组成：第一部分：阐述了国内外有关有机朗肯循环发电技术的现状与应用，对有机朗肯循环的关键技术做具体的分析。最后筛选八种常用的有机流体作为本文备选工质，介绍了它们的热物性特点并进行比较分析。第二部分：结合MAN公司6S50MC-C8.1-TII型号重型船用柴油机尾气余热的特点，设计了有机朗肯循环尾气余热发电系统。应用Simulink模块对系统参数进行优化分析。第三部分：设计了柴油机缸套冷却水余热发电系统，结合物性软件Refprop编写循环的计算程序，通过合理性验证以及循环的优化分析，确定了最佳的循环系统参数。建立尾气与缸套冷却水余热的联合发电系统，并对有机工质透平和动力涡轮进行一维热力设计计算。第四部分：对有机工质透平进行全三维的叶片造型，利用NUMECA软件对透平进行定常及非定常的数值模拟，对导叶栅、动叶以及尾迹运动进行详细的流场分析。