在全球化石能源紧缺、环境日益恶劣的大形势下,新能源开发、余热利用成为解决当下日趋恶劣的能源状况的必要举措。利用有机朗肯循环技术(Organic Rankine Cycle,ORC)对地热能进行高效利用,将极大地缓解当下的能源紧张情况。向心式涡轮膨胀机作为有机朗肯循环系统的核心部件,拥有良好的发展前景,对于中低温热源回收利用的场合,采用向心式涡轮膨胀机可实现较高的转换效率。本文利用有机朗肯循环技术对95℃低温地热能进行机理分析,设计地热能ORC发电系统,对低温地热能有机朗肯循环发电系统进行热力学分析,并对系统蒸发温度、过热度及过冷度等主要参数进行优化分析。结果表明对于基本有机朗肯循环,系统循环热效率和膨胀机输出功随蒸发温度的升高成递增趋势,膨胀机进出口温差的增大可显著提高系统的循环热效率;过热温度对ORC系统的影响与普通朗肯循环的影响不同,它与有机工质的热物性和系统工况有关。随着过热温度的增大,系统循环热效率先增加后减小,出现最大循环热效率及最优过热温度。根据系统参数对50kW涡轮膨胀机进行热力学计算,导叶和叶轮的三维设计,利用Ansys软件中CFX模块对导叶及叶轮内部流场进行分析,最后采用均匀设计试验方法,对涡轮膨胀机叶轮进行优化。模拟结果显示在叶轮叶片前缘及尾缘存在冲击损失及尾迹损失,在叶轮30%相对弦长处存在过度膨胀,产生局部低压区,同时存在由轮毂至轮缘的二次流流动。在合理的取值范围内采用较小的轮径比可以减少叶轮流道流动损失;在相对弦长30%左右靠近轮缘区域,工质流动方向发生较大转折,与轮缘壁面产生局部低能团,存在较大熵增区;在叶轮出口尾缘处,由于尾迹损失存在低速流动气流,并且低速流体与主流体发生混掺效应,部分机械能转化为工质的热能,造成损失的进一步加大;轮缘与轮毂侧由于附面层的存在,较中间区域熵增明显;在取值范围内采用较大的子午面流道宽度,叶轮对出口气流控制作用增大,有利于减少叶轮流道流动损失,提高膨胀机效率。