1、工质的选择

选用何种工质对循环系统性能的好坏是至关重要的，探索适宜的有机工质特别是新型环保工质的开发利用已经成为世界研究领域的热点问题之一。在发动机余热回收过程中，对工质的要求是尽可能多的吸收热量并将其转化为透平的机械功。工质是能量的载体，其流动状态体现了循环过程中能量的转换情况。余热回收 ORC 的循环热效率和经济性都与有机工质的本身物性特点和运行条件息息相关。

2、换热器的设计

换热器的作用是将热源的能量传递给工质，是整个循环过程中的能量枢纽，具有举足轻重的地位。有机工质的传热性能相对于水要差些，水的传热系数是低沸点工质的2.5 倍，也就是说实现相同的换热量，有机工质的换热面积是水的 2.5 倍，这就要求增大工质与换热器的金属换热面积，选用高效换热器。

换热器中的不可逆损失是影响换热器效率的重要因素。在换热过程中设备尽量采用较低的传热温差，高换热系数的材料；优化设计结构，以达到换热效率最大化。另外，一般有机工质都或多或少的存在着毒性和低温腐蚀，因此加大了对换热器的密封性和材料抗腐蚀性要求，换热器还要有良好的除垢设施和防磨功能。研究换热器内两项换热的热力学状态，让工质吸热过程和热源放热过程更好地匹配。

3、有机透平的设计

透平是ORC系统的动力部件，其设计的好坏决定余热回收系统有用功的多少。有机工质物性与传统的水蒸气有较大差别，大多数的有机工质都具有比较小的比容，这就导致透平在设计时出现通流尺寸小、叶片高度低、工艺要求高的情况。有机工质的焓降大、膨胀比高、音速低，通常处于跨音速流动，并存在激波损失，为设计性能优良的透平增加了不小难度。有机透平单机功率较大，内部流动复杂，多采用单级向心式透平。

4、常用候选工质

在总结前人的研究成果以及工质的物性数据库的基础上，筛选了八种常用的有机工质最为备选工质，它们分别是R141b、isopentane、R245ca、R245fa、isobutene、isobutane、R12 和 propane，其主要的物理特性如下图所示。从图表中可以看出备选工质都是干工质或者等熵工质，基本涵盖了不同的温度和压力范围，对于研究很具有代表性。

图表：有机工质物性表