海水淡化是大规模获取淡水资源的一个主要途径,其中多级闪蒸（Multi-stage Flash,MSF）热法海水淡化和反渗透（Reverse Osmosis,RO）膜法海水淡化技术应用最为广泛。然而,以上热法和膜法两种海水淡化技术投资、能耗及运行成本仍然偏大。为了进一步降低系统的投资与运行成本,对两种技术进行了机理分析和热膜耦合优化研究就变得既有挑战,又有重要的实际意义。本文基于MSF和RO海水淡化工艺流程,在各自机理建模与模拟的基础上,对热膜耦合系统开展结构优化研究。作者在分析国内外现状和团队前期工作基础上,开展了以下工作:第一部分,阐述了热法海水淡化系统、膜法海水淡化系统及热膜耦合海水淡化系统工艺流程,同时总结并剖析了热膜耦合海水淡化系统国内外研究现状及趋势。第二部分,针对MSF海水淡化系统分析后,建立了较为完备的动态机理模型并进行了验证与模拟。首先,将MSF海水淡化系统分为四个子部分进行分别建模,然后将其组成一个完整的动态系统模型。随后,对该模型进行了自由度分析并与工业数据比较,验证了模型的正确性。最后,基于所建模型,分析了加热蒸汽温度、循环海水流量、进料海水温度和浓度变化对系统的动态影响。第三部分,在一级一段RO海水淡化系统的工艺流程基础上,针对各个单元进行了详细的机理模型分析,并建立了系统稳态机理模型。随后,对该系统进行有限元配置以处理模型中的微分方程,为了求解的正确性和快速性,采用GAMS平台中的NLP求解器来求解离散后的模型方程。并与ROSA9.0数据进行对比,验证其正确性。最后,对影响系统的重要参数进行了模拟分析。第四部分,基于已建立的MSF和RO海水淡化系统模型,对热膜耦合系统进行了结构优化分析,得到了优选的耦合设计方案。首先基于所建热法和膜法模型,设计了七种在进料方式有所区别的热膜耦合系统方案,建立了七种耦合系统模型。随后,为了评价所建方案经济合理性,给出了耦合系统的时均运行费用指标,并在GAMS平台上验证了该指标合理性。接下来,将七种方案进行模拟,分别得到相对应的系统时均造水价格、各子部分价格、排污量和造水比等参数。最后基于上述参数模拟结果,给出了优选方案。第五部分,对本文的研究内容进行总结,并对下一步工作开展进行了展望。