工业企业在生产过程中会产生大量温度低于100℃的低品位热量,现有技术还无法充分利用这些热量。作为一种新兴的节能技术,基于逆电渗析（RED）法的低品位热综合利用技术则可实现“热-电、热-氢、热-废水处理能”等形式的能量转换。其工作原理是,利用热分离装置将低品位热能先转换成工作溶液浓差/盐差能,然后利用RED电堆/反应器再将浓差/盐差能转换成电能、氢能、废水处理能等形式的能量。显然,热分离装置结构形式和工作特性对热能转换成溶液浓差/盐差能过程起着至关重要的作用。由于现有热分离装置难以与RED电堆/反应器匹配构成实用的热力循环系统,为此,研究团队提出了一种新型的可在常压条件下工作的“气隙扩散蒸馏”（AGDD）技术。该技术既保留了现有热分离技术中的优点,也克服了其部分不足。本文以此为中心来开展研究工作。首先,采用实验研究方法来验证AGDD工作可行性及其热质传递特性。通过搭建单个气隙单元的AGDD系统实验装置,对AGDD内部热质传递过程关键参数进行了实验研究。研究结果发现,AGDD系统不仅有着较好的热质传递性能,也有着较高的除盐率（99.8%以上）。在实验研究的基础上,从“质能守恒”和“效能-热单元”（ε-NTU）这两个角度出发,分别建立了“AGDD分布参数模型”以及“AGDD集中参数模型”这两类数值研究模型。通过数值模拟方法研究了 AGDD的热质传递特性和性能参数变化规律,并将数值模拟结果与实验数据进行了比对。对比两种数值模型计算结果发现,它们不仅均能较为准确地预测实验结果,而且具有相当的预测精度。由于“AGDD集中参数模型”不需要对计算区域进行离散,所以计算效率远高于“AGDD分布参数模型”。利用所建立的数值模拟模型,研究了结构和运行参数变化对AGDD系统热质传递特性的影响,并对这些参数的影响程度大小进行了比较。研究结果表明,与气隙厚度、冷流股入口温度和浓度变化相比,气隙高度、热流股入口温度和冷浓流股入口流量变化对AGDD系统的性能影响更大。尽管AGDD系统流程简单,但溶液一次性流经系统后所生产的浓缩比非常小,不能满足为RED电堆/反应器单元提供足够的浓差能。为了提高AGDD系统分离的浓缩比,提出了一种溶液再循环的AGDD系统流程（AGDD-SRS）。采用“AGDD集中参数模型”对AGDD-SRS系统启动特性和稳定工况下热分离特性进行数值模拟研究。模拟结果发现,溶液冷却方式并不能明显改变系统的热质传递性能;在相同操作条件下,AGDD-SRS的分离性能一定低于AGDD系统的分离性能。因此,对于无溶液浓缩比要求的情况下,尽量采用溶液一次性流经AGDD系统的流程。最后,采用热力学第一定律和第二定律分析法,对AGDD-SRS系统的能量转换特性进行了深入探讨。探讨结果表明,AGDD-SRS系统能量不可逆损失的主要来源为:蒸馏器、冷却器和加热器。在蒸馏器中,热流道和气隙的（?）损失率之和占据了该部件总（?）损失率的95%左右。增加热流股入口温度、气隙高度以及适当增加进料溶液浓度均有利于AGDD-SRS系统“热能-浓差能”转换性能的提升。本文的研究工作可为AGDD热分离技术的深入研究提供实验和理论依据,为强化常压操作的溶液热分离系统热质传递性能指明了改进方向,也可为后续研究基于RED法的低品位热综合利用技术提供了设计思路和指导思想。