全球性的水资源危机已成为影响社会稳定的重大风险因素之一,为了减少淡水资源对社会稳定、人口增长和社会经济活动等造成的不利影响,作为海水淡化重要处理技术之一的膜蒸馏受到了广泛的关注。膜蒸馏作为最具有广阔应用前景的水处理技术之一,具有操作温度低、高截留率、耐腐蚀等突出优点,但是与现有成熟技术相比存在通量较低、能源效率低等问题,至今尚未实现大规模的实际应用。因此,对膜蒸馏技术开展系统性的研究,为实际工程应用提供理论指导和应用基础支持具有重要的意义。本文以直接接触式中空纤维膜组件为研究对象,建立其数学模型和计算模型,并对模型的正确性进行验证。模拟计算膜蒸馏操作条件和物理结构参数对膜蒸馏性能参数的影响和分析其原因。计算结果表明:逆流模式下膜通量明显高于顺溜模式;在所研究的工况范围内,随着给料侧入口温度7f,in从50℃升高到90℃,膜通量增幅高达446%,GOR增幅达91%,热效率增幅达48.7%,Tf,in升高对膜蒸馏三个性能指标均有较大提升;随着膜面积Am从0.597m2增大到2.388 m2,GOR增幅高达175.6%,表明膜面积的增大可显著提高GOR;当膜表面平均孔隙率ε从0.3增加到0.8,膜通量增幅高达218.8%,GOR增幅达152.3%,热效率增幅高达202.99%,孔隙率ε对膜蒸馏三个性能指标提升较大。除了质量流量比,膜蒸馏性能参数随着影响因素变化均呈现单调增长或减少,而随着质量流量比MFR从0.4增大到16,GOR出现先增后减的情况。膜蒸馏的能耗较高,单级独立膜组件无法实现热能回收,导致总体上的能源效率较低。通过在外部添加独立换热器,回收渗透侧出口产物的余热,并对给料侧入口溶液进行预热,由此来提高膜蒸馏过程的能效。结果表明:在所研究的工况范围内,当给料侧入口温度Tf,in,入口流量min、给料侧入口盐度Sf,in以及膜面积增大的过程中,带有外部独立换热器的DCMD系统相比独立的DCMD模块GOR均能够大幅提升,GOR的最大增幅达到379.42%,最小增幅为35.26%;以膜面积为1.2m2为分界点,膜面积和给料侧入口温度对GOR的增长影响从略大于变为影响作用趋同。膜蒸馏平衡控制方法可以通过改变给料侧和渗透侧质量流量,来调整两侧的热容率,使用的平衡控制方法包括,质量流量比MR=1、热容流率比HCR=1、临界质量流量比MRc,通过对独立的DCMD膜组件应用三种平衡控制方法进行模拟计算分析,研究在不同参数变化的情况下平衡控制方法对GOR的提升情况。结果表明:以MR=1平衡控制方法为基准,热容流率比HCR=1、临界质量流量比MRc都可以有效的提升DCMD过程的GOR;当给料侧入口盐度从35‰增大到175‰的过程中,HCR方法的GOR最大增幅达到了 15.11%,当膜面积从0.597m2增大到1.791 m2的过程中,在MRc平衡控制方法下GOR的最大增幅达到 6.2%。本文研究为膜蒸馏模型的发展、膜组件和膜材料系统性优化研究、供能系统与膜蒸馏模块的匹配优化研究提供了应用基础数据和理论参考依据。