随着能源需求的持续增加,能源短缺以及环境污染等问题引起人们的日益关注,提高传统能源利用率和有效利用中低温可再生能源是应对能源和环境问题的有效方法。有机朗肯循环(ORC)是回收中低温能源的重要技术之一,为了提高ORC系统能源回收性能,迫切需要提高热力学效率和降低发电成本;鉴于换热设备在ORC占据重要地位,提出基于新型分液冷凝器的ORC系统,建立了新型分液冷凝器结构模型及其在不同热力环境下的评价模型,开展换热设备与ORC系统的变工况同步优化研究,旨在提高ORC系统全工况综合性能,对推动ORC的快速发展具有重要的理论意义和实用价值。在常规管翅式换热器模型基础上,根据分液冷凝过程工质流量和干度不连续的特点建立了当量换热系数和总压降模型,建立了常规管和微通道分液冷凝器(LSC和MLSC)结构设计模型,并通过实验数据对LSC、MLSC进行验证。针对传统换热器设计模型中压降与换热器性能指标存在不协调的不足,结合分液冷凝器的换热系数和压降的权衡关系,提出基于热力环境的压降影响评价方法并建立了分液冷凝器设计和评价的混合整数非线性规划(MINLP)模型;提出管程布置初始化和模型松弛的包含连续变量、二元变量和整数变量的MINLP模型的求解策略;通过分液冷凝器实验案例分析及不同热力环境对比,得到了不同评价方法下的最优设计结构及对性能指标的影响,得到了不同热力环境下分液冷凝器相比常规冷凝器的性能提升效果和优化方向,为分液冷凝器的设计提供指导。在分液冷凝器设计优化基础上,建立包含分液冷凝器、管壳式蒸发器的ORC详细换热设备结构和运行参数同步优化模型,以度电成本(EPC)为目标同步优化换热设备结构和运行参数,获得了不同设备结构参数、系统操作参数之间最优权衡的系统设计方案;分析换热设备结构参数对ORC系统性能的影响,获得各设备结构参数对系统性能影响大小和趋势;通过冷热源参数敏感性分析,获得分液冷凝ORC优势随冷热源变化趋势及系统性能、换热设备结构等随冷热源变化趋势。针对环境温度随季节、时间变化而导致ORC常常运行在偏离设计工况下的特点,通过给定环境温度作为设计工况的设计和运行结果对比,分析环境温度对全年设计和运行结果的影响,选定4个设计工况优化结果显示设计工况的选择对设计和运行结果影响较大,传统设计工况选择方法导致偏离最优方案;提出多环境温度周期同步ORC设备结构参数和系统运行参数的设计方法,建立换热设备、泵、膨胀机的变工况性能模型及系统变工况设计和运行同步优化模型,通过与传统设定设计工况法比较,验证提出的多周期设计与运行同步优化方法的有效性。