淡水作为渔船系统的基本保障,一方面供应船员的生活用水,另一方面保障船舶的正常运转,如用作缸套冷却水等。常用的从港口携带淡水的方式既挤占生产空间又难以维持长期海上作业,而海水淡化能有效解决该问题。相比于传统海水淡化技术,膜蒸馏技术作为一种新型的分离方法,具有无需真空或高压、结构简单等优势而备受业界关注。针对膜蒸馏海水淡化技术存在能耗高的问题,本文搭建了首台中试规模的渔船柴油机排气余热驱动的中空纤维膜海水淡化系统,该系统基于膜式加湿减湿原理（MHDD）,利用柴油机排气余热为系统供热,有效解决了常规淡化系统能耗高的问题。此外考虑到工业级中空纤维膜组件通常加工成随机排列形式,而目前学者关于随机排列的研究存在模型过于简化、边界条件不合理等问题,本文建立了膜组件计算流体力学（CFD）模型,并分析了膜管排列形式、填充率、空气雷诺数等对组件性能的影响,揭示了膜加湿过程中的传热传质规律,为组件优化设计提供理论指导。具体工作由以下几个部分组成:（1）制备了具有疏水性的聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜,其接触角达到103.1°。基于求解传热传质方程对膜组件进行设计,以满足产水指标。加工成4个三角形排列的膜组件,单个膜组件由4个更小模块实现拼接式连接,降低更换成本。每个膜组件的膜面积为8.74 m2,填充率26%。基于析湿系数法对冷凝器的具体结构参数进行设计,冷凝器总面积为15 m2,对系统中其余配套设备进行了设计选型,搭建了柴油机排气余热驱动的中空纤维膜海水淡化系统。（2）在江苏南通渔船上进行了实地测试实验,研究了不同的操作工况（包括热海水进口流量、热海水进口温度、进口风量和冷却水进口流量等参数）对柴油机排气余热驱动的海水淡化系统性能的影响,由实验数据可知:产水电导率仅16.57μS·cm-1,在热海水流量4.8 m3·h-1,热海水温度82℃,风量720 m3.h-1,冷却水流量6 m3.h-1工况下淡水产率为41 L·h-1,达到了预期目标。在该工况下,单位膜面积加湿量为1.2 kg·m-2·h-1,系统的COP和COPE分别为0.646和16.746。（3）建立了不同排列形式的CFD模型,使用用户自定义函数（UDF）模拟水蒸气的跨膜传质过程实现耦合边界条件,结合组分运输模型、Realizable k-ε湍流模型对组件进行模拟,研究在不同空气雷诺数、填充率下,膜管排列形式对温度极化、传热传质性能的影响,并使用提出的综合性能因子对不同组件综合传质性能进行评价。结果表明:在各工况下三角形排列形式的综合性能最佳,填充率对随机排列的性能影响要大于规则排列,对于随机数生成的随机排列模块,在高雷诺数或高填充率下,综合性能甚至低于四边形排列,其最佳填充率在32%附近。对于具有局部紧凑特征的随机模块,沟流、滞流现象带来明显的传热传质恶化,通过进一步增大填充率可以改善综合性能。