基于旋转电磁理论的供热技术是一种新型节能环保供热技术,实现该供热方式的装置——机电热换能器,能够将风力涡轮机、水轮机、电动机等动力装置输出的机械能作为能量输入,通过旋转耦合磁场转换为涡流损耗、磁滞损耗、二次感应电流损耗、机械杂散损耗等形式的热能,并最终以水为传热介质进行热能传递。同时,换能器还可综合利用其内部的旋转磁场、温度场对受热水媒质进行软化处理,起到抑垢、阻垢目的。为了更易于实现换能器对风能、水能等清洁能源的工程应用,需要进一步提高其低转速时的热功率密度,以及致热、传热和磁化效率。本文针对换能器的结构设计、热功率解析模型的建立、流体流动及传热的准确计算,以及对水媒质的软化作用机制进行了理论分析和实验研究,为其进一步的工程应用提供有力的研究基础,主要研究内容如下:首先,提出了两种新型结构的机电热换能器,分别为径向磁通筒式结构和轴向磁通盘式结构,两种换能器都采用了中间定子的双转子结构设计。通过基于麦克斯韦方程的传统解析方法为新型换能器建立了电磁场方程组。采用有限元方法对比分析了双转子结构与单转子结构换能器的磁场及涡流分布。有限元分析结果表明,双转子结构换能器的定子两侧均感应致热,更有利于对水媒质的传热及升温;定子内部可获得更大的磁感应强度,磁场分布更为均匀,配合定子内部较长的水路行程,更有利于对传热水媒质的磁化作用。新型机电热换能器有效提高了定子和永磁体的材料利用率,具有低转速高功率特点,更易于直接将风能、水能等清洁能源转换为热能。其次,基于库伦定律及洛伦兹力定律,分别为径向磁通结构和轴向磁通结构的换能器建立了热功率解析模型。在模型建立过程中,通过构造虚拟电荷的镜像方法考虑了导体边缘处电流密度法向分量为0这一边界条件,使得模型估算结果更为准确。针对径向磁通换能器的热功率解析模型,还考虑了感应磁通与趋肤效应的影响。该数学模型具有明确的结构参数关系,不需要复杂的数值求解,运算速度快。有限元分析的验证结果表明,新型机电热换能器的热功率解析模型在一定转速范围内能够较为准确的给出热功率与转速关系。再次,建立了新型机电热换能器的流体流动及传热的数学模型,设定了相关的基本假设与边界条件,并确定了气隙导热系数及表面散热系数。使用有限体积法对换能器内部的流体流动与传热进行耦合计算,分析其热水升温性能。搭建了换能器的热水升温实验平台,实验测得换能器在一定转速范围内的出水温升与数值计算结果较为一致,证实了数值分析方法的正确性,为换能器的换热设计及其综合物理场的耦合计算提供了理论研究和实验基础。最后,采用分子动力学模拟方法,研究了旋转磁场及温度对纯水微观结构和分子动力学的影响,探讨了旋转磁场与温度对纯水耦合作用的工作机理。利用一台机电热换能器样机循环处理Ca2++CO32-+HCO3-水溶液,通过测定溶液电导率和浊度的变化,分析换能器对CaCO3成核结晶过程的影响机理。以上工作为机电热换能器的装备制造和工程应用提供了必要的理论研究和实验基础。