斯特林热力循环,由于具备适配热源种类广泛、闭式无排放和理论热效率高的优点,而在能量梯级利用和可再生能源开发等方面得到了成功应用。本文以斯特林热力循环能量转化性能及其相关设备在水盐分离过程中的应用为对象,开展如下工作。针对太阳能斯特林热力循环输出功率受日光强度影响而动态变化的特点,在前人工作的基础上,进一步利用斯特林循环与热端太阳能接收器和冷端冷却水系统相互作用过程中的能量守恒关系,提出了能够直接反映冷热端运行参数对循环性能影响规律的改进理论模型。并基于该模型对外部热源、内部循环以及外部冷源运行参数对整体性能的影响规律开展了研究,从运行参数对冷热端温度水平影响规律的角度出发分析了相关机制。之后将循环在特征运行周期内的动态性能作为研究对象,以工作时段内循环输出总能量最大化为目标,对循环工质的充气质量开展了优化工作,进而阐明了循环在该工况下的理论动态性能。以斯特林热机作为中温热能与太阳能的转化单元,将其输出功率用于驱动盐水的反渗透淡化过程,以实现清洁低碳的淡水生产。对于中温热能斯特林热机驱动的咸水淡化系统,分别研究了热端温度、水力压差、能量回收效率以及半透膜面积对产水与能耗性能的影响规律,并分析了相应机制。对于太阳能斯特林热机所驱动的海水淡化系统,提出在产出淡水的同时以盐差能的形式对太阳能进行稳定存储。为了提高在半透膜最大耐受压力下的极限分离性能,以使单位体积海水的淡化获得更多淡水产出和盐差储能,提出了自稀释双级反渗透结构。在阐明该系统基本性能并分析相应提升机制后,通过优化进一步评价了系统的理论最大产水与储能性能。基于太阳能斯特林热机、反渗透与压力阻尼渗透,提出了串联式与互补式系统对太阳能和盐差能开展协同利用。串联式系统以反渗透过程消耗太阳能斯特林热机的不稳定输出功率并将其转化为盐水间的浓度差,之后利用压力阻尼渗透对储存的盐差能进行释放,以实现太阳能的清洁稳定利用。通过对比分析理想与非理想情况下的系统性能,明确了提升串联式能量系统效率的主要方向。相较之下,互补式系统则从太阳能、天然盐差能以及低温余热的互补利用出发,分别运用太阳能斯特林热机的输出功率和工业低温余热提高天然河水与海水的浓度差与温度,进而同时实现太阳能稳定利用、低温余热再发电以及天然盐差能功率强化三项目标。计算结果指出,通过太阳能与低温余热对渗透压的强化,总功率输出较天然盐差能功率输出提高约一倍。将可用势函数应用于理想气体热力循环,认为工质在与外界冷热源传递热量时经历自身做功能力无损失的等可用势过程,进而实现吸放热量中热（?）与功量的完全转化,并将该过程和工质的等容回热相结合以构建等势等容循环。为了揭示内外实际传热过程对循环性能的影响规律,运用有限时间热力学方法分别对内可逆等势等容理想回热循环和内可逆等势等容实际回热循环开展了研究,发现传热性能的改善有助于提升循环的能量转化效率,而存在最优传热性能使功率输出最大化。在此基础上,对内可逆等势等容理想回热循环的冷热端传热温差开展了优化,进一步明确了循环在最大输出功率条件下的热力学性能。