温差发电(Thermoelectric generator,TEG)技术因其具有无污染、维修成本小等优点引起了国内外学者的关注,并且该技术在很多行业有着广泛的应用前景。本文采用试验测试和数值计算相结合的方法对TEG模块进行了优化分析,研究其横截面积和热端温度对TEG模块输出性能的影响,探究了单级和两级TEG模块的输出特性,设计并加工了换热器模型,开展了热空气模拟柴油机排气余热温差发电的试验研究。具体研究内容如下:(1)运用有限元分析软件进行了199对TEG模块基于常物性和变物性参数的模拟研究。结果表明,变物性参数的模拟结果更接近试验值,TEG模块的开路电压和输出功率与P/N结的对数成正比。分别建立了2对矩形和圆形TEG模块,结果表明TEG模块的输出性能与P/N结的形状无关。当热端温度不变时,TEG模块的开路电压和效率随横截面积的减小而增大,输出功率随横截面积的减小而减小。当横截面积不变时,TEG模块的开路电压、输出功率和效率随热端温度的增大而增大。矩形TEG模块和圆形TEG模块各自输出功率与效率的交点为优化点。优化后矩形TEG模块的最大输出功率和效率可分别达到91.88 W和4.5%。(2)开展了冷却方式对TEG模块输出性能影响的试验研究,结果表明,水冷对TEG模块具有更好的冷却效果。当冷却方式为水冷时,对不同型号的TEG模块开展输出性能试验研究,结果表明,TEG模块的内阻、开路电压、输出功率和效率均随温差和P/N结对数的增大而增大。最后,开展了两级TEG模块输出性能试验研究,结果表明,当热端温度相同时,相同型号TEG模块串联构成的两级TEG模块的开路电压等于与其对应的单级TEG模块产生的开路电压,两级TEG模块产生的输出功率较低,而两级TEG模块吸收的热量远小于单级TEG模块吸收的热量。因此,两级TEG模块的效率较单级TEG模块最高可提升12.3%。(3)建立了换热器三维模型,对不同长度、高度、间距的换热翅片进行模拟研究,结果表明,翅片越长、间距越小,翅片的换热能力越强,翅片的高度存在一个最佳值,使其性能较佳。基于此,加工了内部翅片长度为400 mm、高度为34 mm、间距为19 mm的换热器的模型,并分别对有无翅片的换热器模型的温度场进行了测量和模拟研究,结果表明,试验结果与模拟结果最大误差为6.7%。开展热空气模拟柴油机排气余热温差发电的试验研究,结果表明,有翅片换热器的换热能力较强,且入口温度越高及TEG模块的放置位置越靠近进气口时,TEG模块的输出性能越好。