随着城市化发展、人口增长、全球气候变化和经济形势变化使水资源的需求快速增长,淡水资源短缺问题已成为全球共同关注的重大现实问题。海水淡化是稳定的水资源增量技术,可作为水资源的重要补充和战略储备,发展海水淡化技术是解决当前社会淡水资源短缺问题的重要手段之一。反渗透海水淡化技术由于其技术本身优势,越来越成为世界各国海水淡化工程的主流技术。一般反渗透海水工程中的电耗成本约占制水成本的1/2~2/3,反渗透海水淡化工程的能耗指标主要取决于高压给水系统,其中高压泵是高压给水系统的主要能耗设备,高压泵的运行状态是影响反渗透海水淡化工程制水成本的主要因素。因此,对反渗透海水淡化高压泵的节能运行优化研究以降低高压给水系统的能耗具有重大的意义。本文依托国家科技支撑计划项目“海水淡化高压泵及高压增压泵研制”(2013BAB08B02)和“海水淡化装置高效节能高压泵、增压泵研发及产业化”(2014BAB08B01)。以万吨级海水淡化工程中的高压泵为研究对象,对包含此高压泵的高压给水系统进行了建模与运行优化研究。研究工作主要包括以下部分:建立反渗透海水淡化高压泵全流场三维模型并进行网格划分,通过数值模拟计算高压泵外特性,对比高压泵外特性数值模拟结果与试验结果,验证了数值模拟的正确性和可靠性,在此基础上,模拟分析了不同转速下高压泵性能特性。采用最小二乘法对不同转速下的特性曲线进行拟合,并求解获得不同转速下高压泵最优运行区域,确定了反渗透海水高压泵在不同给水压力下的高效区流量调节区域。为进一步确定反渗透海水淡化高压泵优化运行的策略提供了优化依据。建立反渗透海水淡化膜组件数学模型,模拟分析了给水温度、给水总固体溶解浓度、系统回收率等参数在恒流、恒压条件下对膜组件运行特性的影响。结果表明:给水温度、回收率对系统给水压力、系统能耗及产水含盐量影响较大,对反渗透海水淡化高压泵运行工况影响较大,因此在对海水淡高压泵运行优化时,需考虑温度、回收率对高压泵运行工况的影响,为进一步确定反渗透海水淡化的高压给水系统优化运行方案提供了依据。建立反渗透海水淡化系统高压给水系统优化运行数学模型,考虑季节日温度变化、峰谷电价对高压给水系统运行的影响,分别以系统产水能耗最小、产水费用最小为优化目标,系统日产水流量及高压泵高效区运行作为约束条件。利用MATLAB优化工具对不同优化方案进行优化求解,运行的优化结果表明:考虑季节日温度变化优化运行方案的产水能耗低于常规操作产水能耗;考虑峰谷电价、季节日温度变化优化运行方案的产水费用低于常规操作产水费用。在不同方案的优化结果中高压泵运行工况点总是位于高效区偏大流量区域,因此在高压泵的设计时高效点应向大流量偏移,使高压泵在运行过程中保持较高的效率。