有机朗肯循环对余热的利用是缓解能源危机和环境问题的方法之一。本文对用于有机朗肯循环系统中的变壁厚涡旋膨胀机进行了建模分析,研究内容如下:(1)首先,介绍了平面曲线啮合理论,得到了涡旋型线实现啮合需满足的条件。对构成涡旋型线的基本要求进行了阐述,并介绍了涡旋型线的基本结构参数。构造了双圆弧修正和双圆弧加直线修正两种齿头修正方法,推导出两种齿头修正各自的修正齿面积。(2)分别建立了圆渐开线‐高次曲线组合型线、圆渐开线‐圆弧组合型线和变基圆半径涡旋型线的几何模型。构建了高次曲线组合型线、圆弧组合型线的占积比模型进行了;推导了变基圆半径涡旋型线的容积计算公式。同时建立了泄漏的数学模型。(3)根据已建立的各变壁厚涡旋型线的几何模型、数学模型,得到了构成变壁厚型线的初始参数。分析了相应初始参数对两种齿头修正的修正齿面积和修正面积系数的影响,得出了两修正的修正齿面积与渐开线发生角、修正角、基圆半径成正比,修正面积系数与渐开线发生角成反比,与修正角成正比;通过分析初始参数对高次曲线组合型线和圆弧组合型线的占积比的影响,得出了二者型线面积与基圆半径和终端渐开角成正比,占积比与基圆半径成反比,与终端渐开角成正比;分析得出了变基圆半径涡旋型线的容积随基圆控制系数的增加而变小,泄漏随基圆控制系数的增加而增加。为之后的优化分析提供参考。(4)运用遗传算法对两种齿头修正的修正齿面积、修正面积系数进行了优化分析;对高次曲线组合型线和圆弧组合型线的型线面积、占积比进行了优化分析。运用粒子群算法对变基圆半径涡旋型线的盘径、膨胀比进行了优化分析。得到了单目标优化下各优化目标极值时的初始参数取值,以及多目标优化下各优化目标的非劣解集对应的初始参数取值。(5)通过搭建涡旋膨胀机测试平台,对基于采用圆渐开线涡旋型线和高次曲线膨胀机的性能进行了试验。测量了两类膨胀机的电压、电流、功率随进气压力的变化,对比得出了高次曲线涡旋膨胀机在较高进气压力下性能提升较为明显;高次曲线组合型线的排气压力、质量流量、转速随进气压力成正比关系。