随着全球环境恶化和发展中国家水资源短缺问题日益突出,开发由太阳能驱动、分布式小规模的海水淡化系统越发迫切。加湿除湿海水淡化技术是解决上述问题的重要途径之一。世界范围内对此课题展开了多方面的研究,本课题围绕新型太阳能多效加湿除湿海水淡化装置在运行过程中其内部能量流动规律及热质传递特性进行了探索性的研究。首先,本文从热力学角度对经典的单效空气闭式循环、海水开式循环并对水加热的加湿除湿海水淡化过程的最小功耗展开了理论研究,给出了太阳能加湿除湿海水淡化理想过程中最小功耗和造水比(GOR)随加湿温度、环境温度、聚光比和盐度的变化关系。多级技术被认为可进一步改善加湿除湿技术的性能,本文分别对两种多级加湿除湿技术(回热再生系统和传统串列系统)进行了研究,利用夹点技术对两者的模型进行了优化,为多级加湿除湿海水淡化系统性能的提升指明了方向。其次,为了得到更易于与太阳能加湿除湿系统相匹配的聚光系统,对两种新型的聚光器进行了理论研究。采用光线追踪的方法对外表面为圆形截面的菲涅尔透射聚光器进行仿真分析。确定了菲涅尔透镜设计的最大厚度l和最小厚度d。并得到聚光效率与运行参数之间的相互关系。为了降低系统对跟踪精度的要求,进而降低整个系统的工程造价,本文又对一种柱状真空管碟式太阳能聚光系统的接收器进行了研究,强化碟式抛物面太阳能聚光器在具有大接收角时的接收效率、实现系统低成本运行。对其光学和传热性能进行了分析,给出了几何聚光比随接收器几何参数的变化规律。再次,为了强化加湿过程中水蒸气的蒸发速率,对多种不同结构的加湿填料的传质系数,进行了实验测试。给出了传质系数随不同运行参数的变化关系。特别是对空心塑料小球作为堆积床的传质系数进行了详细的实验研究,实验结果表明,该空心塑料小球由于具有较大的润湿表面和内部具有储水多孔材料,因而具有较高的蒸发传质系数。第四,为了验证上述理论分析的结果,了解水在装置中蒸发与凝结过程的热物理性质。设计并搭建了新型三级多效增湿除湿太阳能海水淡化装置,并对其瞬态和稳态性能进行测试。证明本装置多次利用蒸汽的汽化潜热和排浓余温实现了装置热能利用率的大幅提高,装置最大产水量可以达到182.47 kg/h,性能系数(PR)达到2.65。利用热力学原理对装置进行了理论分析,建立了其内部传热传质模型,并用实验测量结果对理论计算结果进行了验证,证明两者在趋势上吻合很好。为了使装置更加紧凑,并利用上升空气的“热岛效应”,本实验新设计了两种蒸发器与冷凝器上下叠置的结构,一种是利用传统翅片式冷凝器进行除湿,另一种则利用淡水直接喷淋进行除湿,并对两套叠置式海水淡化装置进行了实验研究,证明了这种叠置结构能够节约风机的功耗。最后,为了进一步减少太阳能集热系统的换热环节,提高太阳能淡化系统的效率。本文提出了一种新颖的利用菲涅尔透镜聚光器直接加热多级加湿器的太阳能海水淡化系统。在该系统中,太阳能接收器与蒸发器合二为一,汇聚的光线直接将黑色填料加热,使填料表面的浓海水实现降膜蒸发。测量了三级等温加热的模式下,装置产水量与接收器表面温度的相互关系,并与理论计算结果进行了比较。实验结果显示,在辐照平均值为867 W/m~2时,系统每小时最大产水量为3.4kg/h,最大造水比为2.1。