海水反渗透过程(Seawater Reverse Osmosis, SWRO)是一种利用反渗透原理从海水中制备淡水的技术。从反渗透膜截留下的高压浓盐水中回收液体压力能并进行再利用,是降低SWRO系统能耗和淡化成本最为有效的途径。旋转结构正位移式液体压力能交换器(Rotary Pressure Exchanger, RPE)是一种通过高低压液体直接接触实现压力能回收利用的典型技术,其能量回收效率接近100%,已成为SWRO系统中核心关键设备之一。鉴于发达国家对此产品技术的严格保密,以及技术自身的复杂性所致,20多年来,对于RPE中的核心机理性问题,始终没有公开的、较为深入的理论分析和实验研究方面的文献报道。尽管RPE技术在液体压力能回收方面具有突出的经济意义,但在国内的学术研究与技术开发领域尚处于空白状态。为此,本文从深入探讨能量回收过程中液体质量、动量和能量传递机理和RPE内流体端面密封特性及其对能量回收过程的影响入手,建立了以SWRO系统为工程实践背景、以RPE装置为核心的液体压力能回收实验研究系统,对旋转正位移式液体压力能传递过程进行了理论与实验研究。在研究过程中,采用了理论分析、数值模拟计算和实验研究紧密结合、互为支撑与补充的技术路线。本论文的主要研究工作和成果有：1)本文先后设计制造了两套(电机外驱型和射流驱动型)旋转正位移式液体能量回收实验研究装置,建立了以SWRO系统为工程实践背景、以RPE装置为核心的液体压力能回收实验研究系统,进行了近4年液体压力能传递过程的实验研究工作。实验工作为理论研究工作提供了可靠的实验数据和建模基础,并与理论计算结果相互印证。实验研究中能够控制的最小端面密封间隙为0.02mm,建立的最高系统压力为1.76MPa,液体掺混率控制在3.5%以下,系统能量回收效率超过60%,最高为66.7%。2)在实验研究的基础上确立了研究命题的实质是处于非惯性系中的液体通过直接接触进行质量、动量和能量传递的过程,过程本身呈现出高度的非定常和周期性时间序列特征。3)液体在转子孔道中的传递过程会形成占据一定孔道空间的液体掺混区,由于掺混区内的动力学机制相当复杂,本文先行假设该掺混区为一个厚度可以忽略不计的液体薄层,对液体掺混薄层的运动规律进行了简化理论计算。计算结果表明,当转子由流体驱动时,转子转速随流量的增加而提高,流量和转子转速的变化对液体掺混薄层的运动呈现相反的、相互抵消的影响趋势,因此在流量和转子转速的共同作用下,孔道内最大进流长度(即掺混薄层移动距离)基本保持不变,说明转子结构对于流量与转子转速变化具有良好的自适应能力。4)为详细研究孔道内液体传递过程的内部机理,本文建立了液体传递过程三维计算模型,获得了一个压力能传递周期内孔道中液体传递状态的连续表达。考虑到计算效率和工程设计要求,在三维模型计算结果的基础上进行了合理假设,将三维模型简化为二维模型,并以二维模型作为数值模拟研究工作的重点。通过正交数值实验,考察了影响液体压力能传递过程的主要因素及其相互间依存关系。计算结果表明：①转子几何参数(孔道长度、孔道直径、孔道个数、分布圆直径)、转子转速和流量是影响液体传递过程的主要因素；②转子转速和流量对传递过程的影响远大于转子几何参数对传递过程的影响,且影响趋势与简化理论计算结果一致；③在转子结构尺寸和操作参数之间存在最优匹配值,此时孔道容积效率最高。本文提出了速度比概念,对以最高孔道容积效率为目标的转子结构优化设计进行了探索。5)实验研究表明,RPE内部高低压系统间的端面密封特性的优劣,直接影响着能量回收效率。本文通过分析RPE内部流体密封特征,提出了实现密封的条件。在合理假设的基础上,将无限平板间狭缝流动作为RPE密封问题的简化计算模型,获得了端面间隙对密封系统压力和泄漏量的影响关系。为获得端面密封流场形态,进而又建立了RPE端面密封的三维计算模型,对密封端面之间的流场进行了分析与计算,获得了端面间隙、泄漏量、流量与密封系统压力之间的依存关系。