随着能源问题和环境问题的日益严重,如何在确保环境友好的前提下最大限度的提高能源的利用效率己成为世界各国普遍关注的问题。现有能源体系中,近七成的能量是以余热或废热的形式散发到大气中,造成严重的能源浪费,如果能将这部分能量利用起来,那么将具有非常大的节能空间。温差发电技术绿色环保,这种全固态能量转换方式无噪音、无磨损、无污染物排放、体积小、重量轻、携带方便、使用寿命长、无需人工维护特别是它不受温差限制的独特优势令越来越多的人看到了其在废余热回收利用领域和减少对环境热污染方面的潜力。但由于目前热电材料本身性能的限制,其热电转换效率比较低,而且各部分的匹配性研究以及发电系统在废余热应用方面的研究还不够系统,因此有必要对其进行更为深入的研究。本文以温差发电基本理论为基础,对温差发电系统的性能及其在余热利用中的潜力进行了综合的研究分析,其主要完成的工作包括:(1)以热电基本理论为指导,设计搭建了温差发电系统工作性能测试平台。以直流电源供电镍络丝云母片为热源,冷端热沉散热。通过实验与红外热成像技术相结合的办法考察了加热片表面温度分布的均匀性。实验表明:加热片中间温度高于四角,并且温差ΔT随加热功率Q 0的增大而增大,但是均在实验可接受的范围内。在此基础上从温差发电系统工作性能与冷热面温差ΔT的关系、负载电阻R L的选取、热电转换效率η和(火用)效率ηe的研究、动态内阻R in的测量以及温差发电组件的可靠性等方面对四种市面上常见的温差发电组件进行了综合的评价和筛选。温差发电组件的内阻受温度影响呈现先增大后减小的趋势。实验还发现温差发电系统的最匹配电阻决定于组件的动态内阻。通过多参数控制实验,得到性能最优的冷端散热热沉的尺寸为:热沉长度L=140mm,热沉高度H=31mm,热沉底座厚度D=4mm。(2)在实验研究的基础上,以热电五大效应为基础进行合理的假设和简化,建立温差电单对模型,采用有限元分析软件ANSYS进行热电耦合分析。理论结果与仿真计算结果相比较,考察建模计算的可靠性。对不同附加电阻下系统的输出功率和热电转换效率等进行分析。仿真结果与实验结果对照,分析总结实验中的可改进之处,为进一步提高实验精度提供理论基础。突破实验条件限制,考察温差发电系统与冷热面温度间的关系。并从微观角度对PN电臂的尺寸(电臂长度L优化范围:1.0mm-6.0mm;电臂横截面边长w的优化范围为:1.0mm-3.0mm)进行优化设计,获得热电转换效率最高的温差电对的尺寸:电臂长度L=1.5mm,电臂横截面边长w=2.0mm。(3)将温差发电技术应用于热水器烟气余热的回收利用。在目前广泛使用的强鼓型燃气热水器上安装温差发电系统,通过实验确定系统安装位置。随热水器出水水流量的增大,温差发电系统的输出功率呈下降趋势。而燃气压力Pg的增大引起烟气温度的升高,即增大温差发电系统的热面温度,因此功率输出Po ut随Pg的增大而呈上升趋势。实验考查了两片组件连接方式对输出功率的影响,结果表明:串联优于并联。本论文通过对温差发电系统性能的研究,总结了输出功率、工作效率和(火用)效率等发电性能参数随外加负载电阻、温度工况等因素的变化规律。尤其是以燃气热水器烟气余热为热源的研究,丰富了温差发电技术在废余热利用领域的研究体系,为半导体温差发电系统在回收低品位热源的热能方面提供了许多具有实用价值的方法。