为满足小型规模工业应用的需要,提出并研究了能源利用率高、低成本的加湿除湿（HDH）脱盐方法,该系统可以利用低品位能源,实现能源的高效利用。其中,填料作为加湿器的主要设备,对决定加湿器的运行能力起着重要的作用,因为传热传质过程主要发生在填料区,水与空气接触形成一层薄薄的水膜。因此,准确预测填料在加湿器中的传热传质性能是加湿除湿技术应用的关键。本文采用了数值模拟的方法,基于渗透传质理论开发了传热传质数学模型,研究了不同结构、热力学参数对传热传质特性的影响规律。随后根据填料结构,采用多目标优化设计对加湿性能进行了预测,得到了如下结论:（1）将模拟结果与Nusselt经验值的平均膜厚进行了比较,发现与经验公式误差在16%以内,该模型可以有效地预测填料内部流动情况。此外,将仿真值与文献值进行了比较,误差控制在7%以内,证明了本文所采用的数学模型是合理的;（2）模拟工况下,出口湿空气中水蒸气含量随进气速度的降低、液体进口温度及进气湿度的增大而增加;当波纹壁面结构参数比α/λ为0.15时,波纹板结构优化结果最佳,加湿效率与加湿量达到最大值,分别为128 g/（m~3·s）和66.1%;此外,研究了入口空气湿度对传热传质过程的影响。虽出口水蒸气质量分数随着入口空气湿度的增加而增加,但传质驱动力明显减小,而且传质梯度变得越来越模糊,这说明入口空气湿度对传热传质过程是重要的影响参数;（3）模拟工况下,采用单一变量法研究不同接触面积、填料通道宽度及通道高度对传热传质的影响。通过观测出口水蒸气质量分数、加湿效率等来综合评测加湿性能,并对不同影响因素下的现象加以分析。研究结果表明,出口湿空气中水蒸气含量随接触面积增大、通道高度的增加而增加,随填料通道宽度增加而减小;（4）利用MATLAB软件平台对填料结构进行了多目标优化设计,利用BBD回归设计给出合理试验方案,通过响应面法建立目标函数与设计变量之间的回归关系式,构建加湿性能预测模型,分析多个因素对加湿性能的综合影响,最后通过NSGA-II遗传算法完成了多目标优化设计。研究发现,当填料通道宽度在4 mm～14 mm之间时,在目标优化解的设计变量中,填料通道高度集中于160 mm左右,通道间的波距在0 mm～8 mm之间均有分布,波纹数集中在8～10之间。相比于初始设计方案参数,当加湿效率分别达到73%、84%时,阻力损失分别减少11.34%、8.1%,能耗损失下降。通过对填料内部流动及传热传质特性分析,准确预测了填料结构的加湿性能,有效提高了加湿效率,可为设计优化加湿器填料结构提供一定指导。