能源是经济发展和社会进步的物质基础，随着人们生活水平的提高，人们对能源的需求量也越来越高。煤炭、天然气、石油等化石燃料是当今世界能源产业的支柱，但在我国能源利用率尚且不高，环境形势日益严峻。如果能够对太阳热能、地热、工业废气等余热资源加以有效利用，既能够提高能源的利益减缓能源危机，也可以改善人类生活环境。因此开展对余热资源回收利用系统的设计研究具有深远的现实意义。　　本课题首先论述了余热资源回收利用系统的设计背景、研究意义，并阐述了余热回收技术和涡旋式膨胀机的国内外研究现状，同时介绍了系统核心部件涡旋式膨胀机的数学模型及其理论基础。在这些理论研究的基础上，依据低温余热利用技术的特点，具体以低温余热中的工业废气为研究对象，以系统效率最大化为目标，设计了一种新型的基于涡旋式膨胀机的低温余热回收系统，确定了系统流量，以此参数为依据得到了回收系统的理论输出功率及所需膨胀机的膨胀比，进而完善了系统各部件的选型与设计，并运用Solidworks软件对余热回收系统进行了详细的三维建模。通过分析本课题中低温余热回收系统的特点，建立了系统的数学模型，对系统工质的压(火用)与热(火用)进行了详细的热力学计算，同时对系统的工作过程和输出特性进行了理论分析，并应用MATLAB软件对理论分析结果进行了仿真分析，得到了整个回收系统的工作特性曲线，验证了理论分析结果的科学性。　　最后通过搭建系统性能测试试验台，对涡旋式膨胀机及回收系统的性能分别进行了测试实验，验证了理论设计分析的合理性。实验结果表明了本课题设计的低温余热回收系统可以完成预期要求。本课题的研究经验可以为低温余热回收利用系统的设计研发提供一定程度的参考价值。