蒸发器作为ORC系统主要部件之一,深入研究蒸发器的换热特性,对于部件的体积、工质充灌量,乃至投资等均是重要的环节。因此理解蒸发器内有机工质的两相换热机理对于设计、优化ORC系统、建设高效ORC电站并推广ORC技术具有重要的现实意义。本文研究内容主要包括两个方面:蒸发器换热特性和过热度对于系统稳定运行的影响。换热特性方面,换热准则方程是蒸发器设计的基础,反应了蒸发器内流体换热的实质,本文基于归纳和分析现有换热准则方程的物理意义及应用条件,发现普遍存在管外流动沸腾换热准则方程未进行无量纲化、计算结构复杂,表达物理意义不直观等问题。本文根据实验数据,通过采用无量纲分析的方法,获得了能够反映流动沸腾换热实质的换热准则方程。在蒸发器出口过热度对系统影响方面,创新地提出了蒸发器出口夹液影响系统稳定运行的概念;利用热力学分析方法,分析了夹液和所对应过热度对系统稳定运行的影响,并得出瞬态变化参数之间的函数关系。根据获得的换热准则方程,对现有ORC系统进行了改进和可视化实验构建。通过系统运行现象的观察,验证了低过热度条件下蒸发器出口夹液的热力学分析结果,并推荐了板式蒸发器安全运行的过热度范围。针对文献中论述的多个换热准则方程和应用条件,重点分析了准则方程变量之间的关系、影响流动沸腾换热的主要因素,以及在相同换热器几何特征、流体运行工况条件下,针对同一种工质不同换热准则方程计算不同,主要是由于每一个准则的获得都是针对特定的工质和工况。并且目前没有针对ORC系统使用工质的准则方程,也没有有关Turbo-EHP强化管管外流动沸腾的换热准则方程。进一步凝练适用性较强的换热准则方程,自主搭建了有机工质管外流动沸腾换热实验台,针对R245fa、R601a对平滑管、波节管和Turbo-EHP强化管外流动沸腾换热开展了实验研究。研究内容包括:平均干度和热流密度对换热系数的影响。结果表明:沸腾初始阶段气相的产生有利于强化换热,当加热面出现干点,气相的产生开始抑制换热;热流密度的增加有利于提高工质换热系数;三种管的对比结果显示Turbo-EHP管换热性能最优,平滑管较差。基于对实验数据的分析,将与换热过程相关的变量进行无量纲化,采用回归分析的数学方法,提出和分析8种无量纲参数。为了充分考虑相变产生的气态工质对于换热效果的影响,采用等效雷诺数Re_eq和等效沸腾数Bo_eq代替单相换热过程中的Re和Bo,提出了适用于R245fa和R601a的换热准则方程。平滑管和Turbo-EHP管换热准则方程的平均标准方差分别为7.69%和7.04%。分析板式蒸发器内有机工质饱和流动沸腾换热特点,重点研究了出口干度、过热度和热流密度与换热系数的关系。开展了工质在预热器内的单相换热性能实验,根据单相换热结果,确定蒸发器内的有效蒸发面积。结果表明:换热系数随热流密度的增加而增加;相同热流密度条件下,蒸发器出口过热度的提高会减小工质换热系数。当过热度较低时,减小趋势较为明显,随着过热度的提高,减小趋势趋于平缓;最终获得了适用于R245fa在板式蒸发器内的饱和流动沸腾换热准则方程。管壳式蒸发器和板式蒸发器的对比实验表明:管壳式蒸发器由于蒸发空间大,基本没有夹液,增加过热度会增加对能源的消耗,降低系统效率;板式蒸发器由于结构特征产生夹液,影响系统稳定运行。利用热力学分析方法,分析了蒸发器出口过热度和夹液对于ORC系统稳定性的影响,得到了少量夹液量和过热度之间的相关性。针对于板式蒸发器,通过可视化方法,对夹液现象及夹液和稳定运行过热度之间的相关性进行了验证。基于实验中的现象,建议板式蒸发器出口保持4⁵℃的过热度,以防止夹液影响系统稳定运行。