针对现有蒸发行业中沸腾式蒸发技术存在能源利用率较低、蒸发温度较高、设备投资过大以及后期运行成本高等问题,提出并设计了耦合热泵技术的开式热质同传蒸发系统,实现了能量在系统内部的循环利用和氯化铵溶液体外冷却结晶。采用数值模拟方法,研究了开式热质同传蒸发系统的热力性能,并探究了加湿器进口湿空气温度、加湿器进口湿空气相对湿度和填料体积对系统热力性能的影响规律,得到了系统能耗的最优值。搭建了适用于开式热质同传蒸发系统加湿器的性能测试平台,实验研究了湿空气质量流量与加湿器进口湿空气相对湿度对装置性能影响规律。得到主要结论如下:(1)模拟工况下,保持其他参数不变,加湿器出口浓缩液温度大小受加湿器进口湿空气湿球温度和填料尺寸的限制。(2)模拟工况下,保持其他参数不变,系统能耗随着加湿器进口湿空气温度的增加而减小,加湿器进口湿空气温度为32.5℃时的系统能耗为42.5℃的1.25倍;系统能耗随着加湿器进口湿空气相对湿度的增加而增大,加湿器进口湿空气相对湿度为50.0%时的系统能耗为30.0%的1.84倍;系统能耗随填料体积的减小而减小,但在最高出口浓缩液温度下,变化规律则相反,加湿器填料体积为20 m~3的系统能耗为50 m~3的2.92倍;(3)实验过程中,参数与模拟值保持一致,发现加湿器出口相对湿度和蒸发量的最大偏差均控制在21%以内,加湿器出口湿空气温度和液气比变化趋势与数值模拟趋势相同,验证本文所建立加湿器数学模型的可靠性;(4)实验工况下,保持其他参数不变,装置的蒸发量随着加湿器进口相对湿度的增加呈先增大后减小的趋势;装置的蒸发量随湿空气流量的减小而减小,湿空气流量为57.2 kg/h的装置的蒸发量为48.1 kg/h的1.15倍。