目前,我国成为了世界上最大的汽车生产国和消费国,但是也带来一系列的能源和环境问题。如何节省燃油的消耗以及降低污染和排放成为汽车行业发展的关键问题。在上世纪70年代兴起的汽车尾气余热温差发电系统正成为各大高校和车企的研究热点,它是一种能够将汽车尾气的热能转换为电能的装置,可以提高燃油的利用率,具有较强的应用前景和广阔的市场空间。本文在国内外相关研究的基础上,针对汽车尾气余热温差发电系统在现阶段存在输出功率小和结构不紧凑的不足,研究在多场耦合条件下尾气与集热器的换热过程,为提高集热器表面温度和改善集热器表面温度分布提供了实现途径。同时搭建了温差发电试验台架,优化温差发电片之间的拓扑结构,得出温差发电系统输出功率与柴油机工况之间的关系,与模拟进行对比,为模拟提供了一定的实验依据。本文以计算流体动力学为基础,利用UG建立集热器的几何模型,采用FLUENT软件对不同结构集热器的换热过程进行分析,得到耦合面平均温度、集热器进出口压差和集热效率的仿真结果,得到综合性能最佳的集热器。搭建ZS1100柴油机尾气余热温差发电试验台,采用独立水冷却方式,完成不同柴油机工况下温差发电系统的性能试验。在柴油机转速为1200r/min时,输出功率为3.2kW时,集热器的集热效率最大为49.15%；在冷热端温差为130℃时,最大输出功率为106.0W的功率,集热器的集热效率为35.44%,热电转换效率为6.6%,得到温差发电系统的发电效率为2.34%。本文对集热器的仿真为实际优化集热器内部结构提供了理论基础,搭建的ZS1100柴油机尾气余热半导体温差发电试验台为以后的相关研究提供参考。