本文根据哈尔滨市某制药厂的实际污水处理情况,针对寒冷地区、寒冷月份中水处理过程中遇到的污水温度低、加热耗能多的问题,设计了一套回收水处理二级出水热能用于提升曝气环节污水温度的污水源热泵系统。在前人设计的基础上,对原系统进行了改进,采用污水侧串联、制冷剂侧单独连接的方式,由三台螺杆式压缩机分别带动三级淋激式换热器和三级蒸发器的每一级,使系统设计和运行过程中,各级的运行参数都有更好的针对性和可调性。其中,针对淋激式换热器的结构尺寸进行了详细的设计计算,通过分析管列数、管径和管长等参数对换热的影响,确定换热器尺寸。同时,分析了污垢对换热器设计尺寸和性能的影响,得到污垢热阻对换热的不良影响随着传热系数的增大而加重。利用MATLAB对系统各部件进行建模。对压缩机性能样本进行回归拟合,建立压缩机特性与蒸发温度、冷凝温度之间的关系;采用分区集总参数法建立淋激式换热器数学模型;采用集总参数法建立电子膨胀阀和蒸发器的数学模型。采用SM法,根据三大守恒定律,运用MATLAB软件,分别编写压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器等部件函数,得到稳态仿真程序。利用仿真程序,对所设计的污水源热泵系统进行设计工况和变工况运行模拟,通过对运行结果的分析,对淋激式换热器尺寸进行了细节的优化修改,并在此基础上得到了系统变工况的运行结果,详细探讨了污水流量、冷凝器和蒸发器污水进口温度等环境参数变化对系统性能的影响,分析了系统性能随环境参数变化的趋势和敏感程度,预测系统在变工况环境下的适应性和运行时应注意的问题。根据模拟运行结果对新系统进行优化和改进,提出了蒸发温度逐级递减、三级冷凝器和三级蒸发器逆序连接两种改进方案,并利用仿真程序得到改进后系统的运行结果,通过对几种系统的对比分析,得到了各系统性能特点,为带有三级淋激式换热器的污水源热泵系统的优化设计提供了依据。