在传统能源日益枯竭,环境污染不断加重的今天,世界各国在努力开发新能源等可持续能源的同时,不得不把视线投向已有能源的回收利用中。其中,余热余压能的回收利用是提高能源利用效率、降低能源成本的较为有效的措施。双螺杆膨胀机作为一种容积式回转机械,可以用来回收流体中的余压余热能并将其转换成机械能。双螺杆膨胀机最初是利用双螺杆压缩机反转运行来回收余压余热能,其设计方法主要来源于螺杆压缩机的基本设计理论。两者虽然有一定的相似性,但由压缩机改造而来的膨胀机无法完全适应工作介质的热力性能,很大程度上影响了螺杆膨胀机的运行效率以及在高温高压介质下的工作可靠性。因此探索出属于双螺杆膨胀机的设计理论,并对其进行瞬态特性研究,是目前摆在研究人员面前的一个重要研究方向。本文使用全流场3D计算流体动力学(CFD)和热力学相结合的方法,对一台4/6齿的双螺杆空气膨胀机的性能进行了预测。使用螺杆机械前处理软件SCORG构建了双螺杆膨胀机流体域模型,并对其进行高质量动网格划分,通过Pumplinx软件对双螺杆膨胀机流体域模型进行非定常计算,系统研究了不稳定工况和进口结构对双螺杆膨胀机性能及吸气压力脉动的影响。本文所做的主要工作有:(1)论述了课题的研究背景及意义,详细总结了螺杆膨胀机的国内外研究现状,确定了本文主要研究内容以及研究方法。(2)深入探讨了双螺杆膨胀机转子型线的设计方法以及各项几何特性的计算方法,主要包括齿曲线方程、齿曲线共轭曲线方程、啮合线方程、齿间面积计算方法、面积利用系数、齿间容积、扭角系数以及内容积比等的计算方法。在此基础上对双螺杆膨胀机各项性能参数的计算方法、膨胀机的结构以及工作原理进行了分析研究。(3)利用计算流体力学与热力学相结合的方法建立了双螺杆膨胀机3D全流场模型,分别使用SCORG和Pumplinx软件对螺杆流域和进出口流域进行网格划分,通过网格无关性分析确定了一套螺杆流域径向网格层数及网格数量。使用Pumplinx软件对其进行了非定常计算,研究了螺杆膨胀机的内部流场分布和泄漏情况,分析了流量、扭矩、轴向力和径向力的周期变化规律。(4)深入研究了不同转速、进口压力和进口角对双螺杆膨胀机内部流场特性的影响。揭示了径向力、轴向力在各项参数变化情况下的周期变化规律。创新地采用CFD数值模拟的方法深入探讨了在进口来流不稳定的情况下,调节转速对螺杆膨胀机流量、功率、效率等性能参数的影响。(5)首次基于非定常数值模拟计算结果,对造成双螺杆膨胀机进口压力脉动的原因以及压力脉动的变化规律等进行了深入地研究,总结了进口压力、转速和进口角对吸气压力脉动的影响规律,为双螺杆膨胀机进口处的结构优化设计提供了一定的理论支撑。