目前全球化石能源日益匮乏,在我国,石油资源严重依赖国外进口,节能环保,低碳减排的号召日益高涨,开发绿色可再生能源势在必行。由于目前我国科技得到了突飞猛进的发展,因而国内余热资源很丰富,大部分集中在工业领域。目前对于高温余热有很成熟的技术将其回收利用进行循环发电,但大量中低温工业余热占总余热量比例的50%-70%左右,由于无法回收而被浪费,有机朗肯循环回收技术在中低温余热回收领域能够发挥很好的作用和效能。通过此技术能够为社会节约大量资源,同时能减少热污染以及二氧化碳排放,响应国家碳达峰、碳中和的要求。本文将围绕ORC（Organic Rankine Cycle）有机朗肯循环系统中的余热回收发电展开研究。有机朗肯循环系统工作原理是利用有机流体膨胀做功进行发电,膨胀机是该系统的最重要的部件之一,也是整个系统工作效率的一个关键影响因素。目前ORC系统应用的较多的还是普通的容积式涡轮机或轴向、径向式涡轮,但因其结构特点导致工作效率不高,且加工制造难度大。因此本文引入特斯拉涡轮机代替传统叶片式涡轮机应用于有机朗肯循环系统中,研究表明特斯拉涡轮与该系统有着很好的适配性,理想状态下能产生80%以上的工作效率,且密封性好,结构简单,制造公差要求低。对于ORC低温余热回收发电系统的研究,首先介绍了ORC系统的基本模块组成和发电原理,以及特斯拉涡轮机的结构特性及其工作原理,并阐述了其作为膨胀机应用于ORC系统的好处和优势,通过调查研究确定了在系统中应用特斯拉涡轮的研究价值和意义。随后通过对比不同的工作介质,体现了有机工质作为流体驱动系统运转的高效性。对该余热回收系统实验平台进行了相应环境的搭建,包括热源,环境温度,工质类型等。紧接着对特斯拉涡轮机的结构参数进行设计优化,在确定涡轮机内部各结构参数尺寸后,使用solidwoks对其进行三维建模,包括定子涡壳和转子圆盘两个部分,将建好的模型导入至Ansys Workbench平台下的Spaceclaim、Mesh、Fluent等流体仿真软件分别进行流道体积抽取、网格划分、边界条件处理、数值模拟计算等工作。同时建立了相对应的数学模型,并对划分好的网格进行网格无关性验证。在Fluent前处理操作中,对不同的求解器及计算方法进行了分析并最终确定所要使用的湍流模型和算法。确定了特斯拉涡轮机的工作效率及功率的计算经验公式,并分析了各参量之间的相互关系,最终的输出结果由仿真数据给出的圆盘扭矩、转速等检测数据计算推导而来。以上述建模及优化算法为基础,对特斯拉涡轮进行了仿真研究。特斯拉涡轮结构参数对其效率影响十分显著,为了研究圆盘转速、直径以及盘间间隙对涡轮内部流场以及输出功率的影响,运用CFD数值模拟方法对特斯拉涡轮在不同转速、直径以及盘间间隙下的内部流场压力、速度以及输出功率进行了分析。经过一系列仿真及计算研究,例如转子圆盘厚度、间隙、直径,喷嘴形状、数量及流体类型、流体入射角度等,按照外部环境因素和内部结构参数两个部分分别展开研究,得出提升涡轮工作效率的方法和内部结构参数优化结果。研究结果大致总结如下:涡轮入口流速和压力的改变会对内部速度、压力分布产生很大影响,总体上入口初速增大,其速度压力分布均随之增大,流体速度沿径向向出口处递增,压力由于压降沿径向递减。在低转速范围内,入口流速越大,流体做功的区域和容量就越大,系统功率及效率也越高。入口压力的增大也会对功率产生较大的提升。特斯拉涡轮工作过程中造成效率损失的最主要的原因是涡轮喷嘴处增压造成的压力损失以及流体耗散等能量损失,因此喷嘴是影响效率的关键因素。在较高转速范围内喷嘴个数的增加会导致涡轮功率及效率的提高,但低转速范围内却相反。喷嘴处流体入射角度越大,其运动路径长度越小,导致径向速度增大,做功时间也就越短。出口半径的改变对涡轮内部运动速度压力产生一定影响,但对转子输出效率的影响并不大。不同的工作流体由于粘度等特性的不同会给涡轮输出效率产生很大影响,圆盘扭矩随着转速的增加而递减,且工质粘度越大,递减的速度就越快。当涡轮转速不变时,输出扭矩与流体粘度成反比。涡轮圆盘厚度以及盘间间隙均在一定范围内有个最佳值,在给定条件下,当涡轮盘厚为1mm、盘间间隙也为1mm时工作效率最高,达到66.4%。本文基于特斯拉涡轮的ORC（有机朗肯循环）余热回收发电系统基础科学问题,利用特斯拉涡轮的特殊结构和适用场景,用其代替ORC系统中的传统透平机,从而提高发电效率,简化结构制造流程。通过仿真模拟,探究特斯拉涡轮用于ORC系统的可行性和高效性,分析特斯拉涡轮用于该发电装置中将会面临的问题和障碍,发掘特斯拉涡轮用于ORC发电系统所带来的的最大效益。