烟气余热在工业余热中占有很大比重,且节能潜力巨大。回收利用工业余热既可以节约燃料消耗,又可以减少环境污染,具有显著的经济效益和社会效益,成为当今科技领域的研究热点。本文根据朗肯循环理论,结合热力学、热动力学和数学分析,建立了废气余热利用系统中蒸发器的模型,并通过仿真确定蒸发器设计的最优方案,通过建立的废气回收利用系统,将废气中的热能转化为机械能,以实现高温余热的回收再利用,降低二氧化碳排放量。主要研究内容有：1)研究国内外相关的热交换器,建立一维热液压废气／水蒸发器的模型,根据热力学克劳修斯-朗肯循环分析废气再利用过程,将这个模型与系统的其他部件(涡轮机、节流阀、冷凝器)组成一个循环系统。2)分析热交换过程中的稳态条件,结合热力学及流体力学定理,使用ε-NTU模型法,建立稳态的单相流状态、两相流状态和过热蒸汽状态的数学模型,并使用Matlab/Simulink对稳态条件下的换热过程进行建模及仿真。3)分析热交换过程中的瞬态条件,结合热力学及流体力学定理,使用偏微分方程和有限差分法,建立瞬态条件下的单相流状态的数学模型,并使用C#对瞬态条件下的换热过程进行建模及仿真。4)完成发动机废气物理参数的采样,在计算机仿真模型中使用实际的废气物理参数,以提高仿真结果的准确度。5)将仿真结果和研究资料进行比对,验证模型的准确性；设计出蒸发器模型,选择合适的几何尺寸及物理参数；综合分析模型中存在的不足,提出修改意见。理论分析和仿真结果表明,本文所建立的模型不仅简单,而且能准确预测热交换过程中稳态及瞬态条件时不同相态的能量转变,适用于系统的实时控制和性能优化。利用此模型对热交换过程的仿真模拟,可以较为准确地提出套管式热交换的设计方案。总之,本文提出了一种适用于稳态条件和瞬态条件下两相流热交换器的建模方法,描述了废气循环再利用系统的热交换过程,并进而对整个朗肯循环系统的性能进行优化。该模型及仿真方法可以应用于供热、制冷系统和工业废气的循环利用工艺。