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多效蒸发是一种十分有效的海水淡化技术,具有设备耐久、可靠性高和产品水质高等优点,逐渐成为主流技术之一。但是,多效蒸发系统是一个高成本、高能耗的复杂热力系统,因此对多效蒸发系统进行热力特性分析并开展优化研究、进而开发高效节能的系统流程,对于促进多效蒸发技术的可持续发展意义重大。现阶段,多效蒸发技术仍然存在着技术瓶颈,具体表现在热力学模型考虑不全面、优化理论不足、系统流程不丰富、系统效率低、核心部件开发能力弱等。为此,本文采用理论分析和实验研究相结合的方法,重点开展多效蒸发系统的热力特性分析和优化研究,旨在推动更加丰富、完整理论的形成,促进多效蒸发技术的进一步发展。论文的主要研究内容及结论如下:（1）建立了一种考虑参数空间分布规律的横管降膜蒸发器数值计算模型。此模型不仅可以描述蒸发器内参数空间分布规律,同时也可以指导蒸发器的结构设计。研究结果表明,本文模型模拟结果与文献中实际装置运行数据吻合良好,系统淡水总产量的相对误差在4%以下,造水比的相对误差低于5%,换热面积的误差低于4.2%。本文模型与其他热力学模型进行了对比分析,结果表明本文模型的误差更小、精度更高。（2）研究了进料方式对系统热力性能的影响。对顺流进料、平行进料和逆流进料三种系统进行了热力特性分析,对热力性能指标进行了对比。在本文计算范围内,系统造水比从高到低分别为平行进料、逆流进料和顺流进料,比传热面积从高到低分别为逆流进料、顺流进料和平行进料。针对顺流进料和平行进料流程进料盐水温度低从而影响系统性能的问题,研究了预热方式对系统热力特性的影响。与无预热流程相比,预热后两种系统的造水比均会提高,比传热面积变化有所不同。顺流进料系统的比传热面积下降,平行进料系统的比传热面积变化受预热位置和预热数量的影响:预热位置靠前、预热数量较少时,比传热面积会低于无预热流程;随着预热位置的后移和预热数量的增加,比传热面积会逐渐超过无预热流程。随着预热器数量的增加,两种系统的造水比和比传热面积均呈现增加的趋势。预热器数量确定后,不同预热位置对两种进料系统的热力性能影响不同:随着预热位置的后移,顺流进料系统的造水比先增加后下降,比传热面积大致呈现线性增加的趋势;平行进料系统的造水比和比传热面积均呈现先增加后下降的趋势。（3）提出了回归分析和多目标遗传算法相结合的复杂多效蒸发系统优化方法。利用回归分析方法对多效蒸发系统热力学模型进行了降阶处理,由复杂强非线性模型简化为双线性模型,利用带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）来求解多目标优化问题。在本文计算范围内,与初始方案对比,顺流进料带预热系统的造水比最大提高3.6%,比传热面积最大下降16%;平行进料带预热系统的造水比最大提高7.8%,比传热面积最大下降19%。研究结果表明本文提出的优化方法具有计算精度高和求解过程简单的优点,为复杂多效蒸发系统的设计优化提供了基础依据。（4）构建了顺流-逆流-平行进料系统状态空间超结构,提出了顺流-逆流-平行进料系统综合方法。根据优化目标综合方法可以通过流股跨线和分混构建最优质能配置网络,从而开发出高效节能的多效蒸发系统混合进料流程结构。与传统进料方式相比,混合进料流程可有效提高系统的热力性能。在本文计算范围内,造水比最优方案比顺流进料带预热（PF-MEE）系统提升了大约37%,比平行进料带预热（PP-MEE）系统提升了大约11%;比传热面积最优方案比PF-MEE系统下降了大约22%,比PP-MEE系统下降了大约20.4%;造水成本最优方案比PF-MEE系统下降了大约13.5%,比PP-MEE系统下降了大约8.1%。对优化造水比、优化比传热面积和优化造水成本三种优化方法进行了比较,优化造水成本方法对系统造水比、比传热面积和造水成本三个指标同时优化,优化目标更全面,优化效果更显著。（5）采用多目标优化方法设计搭建了多效蒸发实验装置,开展了性能分析和优化研究工作。首先,开展设计工况的稳态性能分析。结果表明实验数据与理论计算值吻合良好,系统造水比大约为理论值的91%左右,充分证明了本文热力学模型和优化方法的有效性;其次,采用顺流-逆流-平行进料系统综合方法对原实验系统进行了优化,进料方式由顺流进料方式调整为混合进料。与常规顺流进料相比,混合进料流程的系统热力性能大幅度提升,实验装置造水比增加约7.9%,结果充分证明了本文提出的流程综合方法的有效性和混合进料流程的优越性;再次,发现了系统启动时的温度变化规律,根据温度变化情况启动过程分为初始阶段、变化阶段和稳态阶段:初始阶段过程很短,进料盐水温度升高,各效蒸发器内的温度保持不变。在变化阶段,各效蒸发器的温度呈现“顺序性、等温差、先迅速、后缓慢”的变化特点。稳态阶段进料温度和各效蒸发器温度基本保持不变;最后,揭示了变工况条件下系统热力性能的变化规律。当加热蒸汽流量不变时,随着进料流量的增加系统的淡水产量和造水比呈现先上升后下降的变化趋势;当进料盐水流量不变时,随着加热蒸汽流量的增加系统的淡水产量增加、造水比下降。