随着人口的急剧增长、工业化和城市化程度的不断加深、生活水平的日益提高以及环境污染的加剧,淡水资源短缺问题已成为制约经济发展的关键因素。海水淡化是从源头解决淡水资源匮乏的有效手段之一。低温多效蒸发(LT-MEE)海水淡化技术由于具有能耗较低、产品水纯度高、化学药剂用量少以及腐蚀和结垢风险小等诸多优点,受到了学术界和工程界的广泛关注。对热力过程进行细致分析和准确把握,是发展多效蒸发海水淡化装置优化设计技术的基础。本文基于针对性实验所建立的数据库,建立了全面的LT-MEE海水淡化系统热力过程数学模型,对装置的热力性能分析与优化方法进行了深入研究,旨在推动具有完整科学内涵的LT-MEE海水淡化装置热力性能分析理论的形成和先进技术的发展。基于热力学第一定律和第二定律,建立了全面的LT-MEE海水淡化系统热力过程数学模型。模型中包含了海水沸点升高和蒸汽流过传热管束、除沫器、蒸汽通道以及管内冷凝过程的流动阻力引起的热力损失,流动阻力和传热系数由针对性实验所建立的数据库得到,使得模型更为准确全面。通过与实际装置和文献模型数据对比,验证了本文所建立数学模型的有效性和先进性。通过模拟计算,得到了二次蒸汽量、浓盐水盐度、温度、传热系数和热力损失等参数在各效蒸发/冷凝器中的分布及其随设计变量的变化规律,对LT-MEE海水淡化系统的热力过程进行了深入分析,探讨了进料方式、预热方式以及与热力蒸汽压缩器(TVC)相结合等因素对系统热力性能的影响,对比分析了MEE和MEE-TVC两种系统的热力性能及炯损分布情况。研究结果表明,流动阻力和沸点升高引起的热力损失对系统热力性能具有重要影响,通过对热力过程的分析,归纳出LT-MEE海水淡化装置“小温差、低流阻、饱和态、高敏感”的热力过程特征：当以二次蒸汽为预热热源时,预热器位置后移、预热器温升增大,均有利于提高装置的热力性能；与MEE系统相比,MEE-TVC系统的造水比显著提高,比冷却水量和比传热面积均有不同程度下降。将准确热力过程模型-响应面近似模型-多目标遗传算法相结合的方法应用于LT-MEE海水淡化系统的优化设计中。首先基于总收益需求法,建立了LT-MEE海水淡化系统的经济学模型,即经济性能评价指标-单位质量造水成本的详细数学模型。然后基于准确的热力过程模型建立LT-MEE海水淡化系统性能参数的响应面近似模型,针对系统的多目标优化问题(造水比最大、比炯耗最大和单位质量造水成本最小),采用改进的多目标遗传算法(NSGA-II)对其进行求解,最终得到Pareto最优解集。从目标函数、设计变量、(火用)损分布和成本构成方面,对比分析了基于不同偏好的最优方案的设计特点。优化结果显示：对于MEE-TVC海水淡化系统,与算例的初始方案相比,从Pareto最优解集中筛选出的偏好热力学性能最优的方案,其造水比提高44.6%,比(火用)耗降低26.7%,偏好经济学性能最优的方案单位质量造水成本减小13.7%,从而表明本文所采用的优化方法能够取得显著的优化效果,同时也显示出对低温多效蒸发海水淡化系统进行优化设计的必要性。