为进一步节能环保,实现人类社会可持续发展,不断发展和开拓新的节能技术、完善清洁能源系统分析优化方法、提高清洁能源系统利用效率是众多学者的主要研究方向之一。水-空气之间的热质耦合传递是利用空气与水之间的温差、空气与水表面饱和湿空气的水蒸气分压力差实现的热量传递和质量传递过程。该过程对环境友好,且水的相变潜热大,具有广阔的应用前景,因此基于水-空气蒸发冷却的能源利用系统受到学者的广泛关注。本文以一蒸发冷却通风系统为研究对象,类比电学中的电路理论,通过分析系统内各换热部件的传热方程和能量守恒方程,建立了由热阻、热动势构成的能量流模型。该模型不仅从系统层面描述了热量输运的规律,反映了系统部件之间的拓扑关系,还明确了部件的结构与运行参数的本构关系,从而建立了复杂非线性能源利用系统的简化代数模型。随后,基于该模型采用拉格朗日乘子法建立了完整的系统性能分析和优化设计的能量流方法,实现了系统运行与结构参数的优化匹配。以典型工况为例,分别研究了给定系统总热导(投资成本)与给定系统循环流量(运行成本)时系统内面积分配、冷却水流量分配以及新风流量比例的变化规律,为设计和优化提供了理论支持。进一步地,针对蒸发冷却过程中传热传质相互耦合带来的非线性问题,从基本的传热、传质控制方程出发,通过理论推导构建了直接蒸发冷却的三股流模型。该模型将耦合传热传质过程等效为冷却水与干球温度下空气和露点温度下空气同时发生单相换热的三股流模型,推导了两个传热过程的热阻,并分别建立了基于饱和线线性假设和非线性时直接蒸发冷却的能量流代数方程,实现了传热传质的解耦,为分析传热过程和传质过程的相互影响提供了理论依据。最后将能量流法与直接蒸发冷却三股流模型相结合,探讨了其在具体系统中的应用。