本文系统地分析了蒸发冷却技术的分类、原理、应用、研究现状及研究意义，介绍了直接蒸发冷却(DEC)和间接蒸发冷却(IEC)的原理和应用，总结了两级蒸发冷却的应用与研究现状。从理论上分别对直接蒸发冷却器和间接蒸发冷却器的结构、特点、影响因素和传热传质过程进行了系统的研究，建立了包括质量、动量、能量守恒方程在内的数学模型，并对数学模型进行了计算。在直接蒸发冷却器和间接蒸发冷却器数学模型的基础上，建立了两级蒸发冷却器(TSEC)的数学模型，把温度、空气流速、换热器结构参数等影响因素考虑在模型中，使其可以进行多因素计算分析。 本文进一步分析了各因素参数对TSEC出口温度和冷却效率的影响。结果表明减小IEC板间距，降低一次空气入口流速，降低一次、二次空气入口相对湿度，增大二次空气与一次空气流速比以及增加IEC填料厚度，均有利于获得较低的一次空气出口温度和较高的冷却效率。 在理论分析的基础上建立了TSEC实验台，通过实验验证了理论分析和数学模型的正确性，从理论和实验两个方面综合分析了各种因素对两级蒸发冷却器性能的影响，得出了优化参数。为以后改进和优化两级蒸发冷却器奠定基础。 两级蒸发冷却式空调系统具有能耗低、投资小、无环境污染等特点，适用于西北地区烟草、纺织以及商业建筑等领域，在夏季和过度季节基本可以满足其降温加湿要求，可以全部或部分替代机械制冷，具有良好的应用前景。