在低温工业余热回收以及太阳能、生物质能和地热能发电等领域,小型有机朗肯循环(ORC)是一项可行且有潜力的技术。而在ORC系统小型化的过程中,存在一些技术难点,比如选用适合的小型膨胀机、形体小且可以满足ORC系统需求的换热器。本文针对这两个主要问题搭建实验台,用以研究小型螺杆膨胀机、干式套管式换热器在ORC系统中的性能,并建立了详细的ORC系统仿真模型。结果表明,在小型ORC系统中使用螺杆膨胀机是可行的,可以实现更大膨胀比,有更大的优化潜力;干式套管式换热器形体紧凑、行程长,可以实现ORC系统中循环介质所需的大温升,满足作为ORC系统蒸发器和冷凝器的需求。由于允许液体参与膨胀的螺杆式膨胀机以及干式套管换热器的使用,实验发现在恒定热源下ORC系统的性能随工质泵性能变化明显,通过工质泵变频控制循环流量从而调整介质在蒸发器出口的状态,可以使ORC循环在最佳状态运行。本文针对100℃热源,15℃冷源,设计的小型ORC机组最大发电量达到1.5 kW,热效率为4.6%。本文还基于Python语言建立的详细的ORC循环的计算模型,模型中考虑了膨胀机内循环介质混油的情况,使之更贴近实际运行情况。经试验数据验证,膨胀机等熵效率的仿真偏差不大于10.2%,机组循环效率的仿真偏差不大于16.80%。