随着全球工业化进程的不断推进,化石能源和水资源紧缺并存的问题日益严重。为此,在世界范围内对太阳能海水淡化技术开展了多方面的科学研究,但现有太阳能海水淡化装置仍存在热效率低、投资成本高等问题,限制了太阳能海水淡化技术的推广应用。为此,本文设计了一种聚光式圆台竖管降膜太阳能海水蒸馏装置,对装置内聚光集热及盐水分离过程中的能量传输规律和热质传递过程展开理论分析和测试研究。首先,利用Solid Works软件建立了可用于竖管降膜太阳能海水蒸馏装置供能的顺向聚焦同向传光聚光器的三维模型,将该模型导入到光学仿真软件Trace Pro中,模拟研究了接收水体内不同深度处焦斑的分布面积、能流密度等变化规律,结果显示,焦斑面积随着深度的增加而增大,能流密度则随着深度增加呈减小趋势。基于光学仿真结果,搭建了顺向聚焦同向传光聚光器集热测试试验台,在实际天气条件下对其性能进行测试分析,试验结果表明,晴好天气条件下,顺向聚焦同向传光聚光器光热转化效率约40.8%。其次,基于热力学定律,对竖管降膜太阳能海水蒸馏装置蒸发冷凝腔内气水二元混合气体传热传质过程展开了理论分析,推导了环形封闭小空间内气水二元混合气体蒸发传热、辐射传热和自然对流传热的计算方法,得到了装置内蒸发传热、辐射传热、对流传热占总传热比例随运行温度的变化规律。基于对竖管降膜太阳能海水蒸馏装置热质传递机理的研究,设计制作了蒸发面倾角为45°的圆台竖管降膜太阳能海水蒸馏装置,研究了进水流量Mw、输入功率P、运行温度T等参数对装置产水性能的影响,结果显示,当P=160 W,Mw=0.3 kg/h时,装置的性能系数（GOR）为0.64,比P=240 W时装置的GOR提高了6%。当运行温度为80℃时,装置最大产水速率为0.19 kg/h,是运行温度为50℃时产水速率的2.98倍。研究表明,减小装置蒸发面倾角可以减少气水二元混合气体的传热传质距离、减小竖直冷凝温度梯度,鉴于此,设计并制作了蒸发面倾角为70°的改进型竖管降膜太阳能海水蒸馏装置,搭建了改进型竖管降膜太阳能海水蒸馏装置性能测试试验台,在与竖管降膜太阳能海水蒸馏装置相同运行工况条件,测试了改进型竖管降膜太阳能海水蒸馏装置的产水性能和热特性,为了减少蒸发冷凝腔内辐射传热占比,将冷凝套筒内壁面进行了镜面抛光处理,强化了装置的传热传质性能,结果表明当P=160 W,Mw=0.3 kg/h时,改进型竖管降膜太阳能海水蒸馏装置性能系数为0.79,当运行温度为80℃时,改进型竖管降膜太阳能海水蒸馏装置单位占地面积产水速率为548.41 g/（20min·m~2）,是竖管降膜太阳能海水蒸馏装置单位占地面积产水速率的2.08倍。在镜面冷凝强化传热传质的试验中,当Mw=0.6 kg/h,P=200 W时,镜面冷凝与非镜面冷凝面相比,镜面冷凝稳态运行时的产水速率提高7.1%。