我国中低温余热蕴含量很大，有机朗肯循环是利用中低温余热的有效方法之一。这些中低温热源的热力参数经常是可变的甚至是不可控的，深入地研究有机朗肯循环的变工况性能及控制策略，可以最大限度地利用中低温热源，将有助于有机朗肯循环的进一步发展，符合国家可持续发展的基本战略路线，具有重要的现实意义和工程应用价值。
本文建立了有机朗肯循环关键部件的设计和变工况预测模型，该模型主要包括向心透平的设计和变工况模型，多级轴流式透平的变工况模型，板式换热器的设计和变工况模型以及增压泵的变工况模型。利用上述模型，首先针对单压纯工质的有机朗肯循环进行了变工况性能研究，分析了滑压运行和定压运行下有机朗肯循环的变工况特性，得到了不同热源温度和流量下系统性能的变化趋势。为了进一步提高系统变工况下的输出功率，提出有机朗肯循环的综合控制策略，并与滑压运行和定压运行进行对比分析，证明了综合控制策略的优越性。
从热经济性的角度对比研究了采用混合工质的单压有机朗肯循环系统和采用纯工质的双压有机朗肯循环系统，得出设计工况下两种系统的性能差异。针对双压有机朗肯循环进行了变工况性能分析，比较了高压循环和低压循环采用不同控制策略时系统变工况性能的优劣，研究了均采用滑压运行时热源温度和流量对双压有机朗肯循环系统变工况性能的影响，并与相同热源条件下的单压有机朗肯循环进行对比。结果表明双压有机朗肯循环在设计工况和变工况下都可获得更多的系统净功。