为避免能源的过度浪费,实现对包括工业废热、汽车排气余热在内的低品位热量进行回收利用显得非常重要。温差发电(Thermoelectric power generation,TEG)是一种结构简单、无二次污染的废热回收技术,借助该技术可将热机排出的低品位能量直接转换为电能。本文利用有限元分析方法对TEG模型的热电性能和影响因素进行了研究,探究了TEG模型的串联和并联连接方式对TEG模型输出性能的影响,优化了柴油机排气余热回收系统,并进行多物理场耦合分析。具体研究内容如下:(1)研究了P/N结对数、温度、半导体高度以及材料属性等因素对TEG模型的影响。通过控制变量,改变一种影响因素,研究其对TEG模型的开路电压、短路电流、输出功率、效率等性能的影响。随着P/N结对数和温差的增大,TEG模型的整体输出性能有所提升;随着半导体高度的增加,输出功率降低,效率增加;随着半导体Seebeck系数的增大、电阻率和热导率的减小,TEG模型的整体输出性能均有所提升,且热导率对效率影响较大。(2)研究不同TEG模型串联和并联的特性,分析不同的连接方式对TEG模型输出性能的影响。对三种TEG模型进行串联和并联连接,研究由相同TEG模型和不同TEG模型的串联和并联连接的特性。串联连接可以获得较大的电压,并联连接可以获得较大的电流;由两个相同TEG模型串联和并联的最大输出功率和效率相等,且最大输出功率等于单片TEG模型的两倍;由不同TEG模型串联连接的最大输出功率和效率大于并联模型。(3)开展了柴油机排气余热回收的多场耦合仿真计算,分析了换热器模型(Heat exchanger model,HEM)上不同位置处三个TEG串联模型(Three TEG models connected in series,TTEGS)的输出性能。对比分析不同结构形式的HEM、发动机工况等因素对余热回收系统的影响。在不同位置处TTEGS的输出性能不同,主要是由于各位置处的热端温度不同所致;通过对HEM内部流场和表面温度场的分析,发现HEM-2具有更好的换热效果,与TTEGS耦合的换热面温度分布更加均匀;各位置处TTEGS的最大输出功率和最大效率均随着柴油机负荷的增大显著增大。当柴油机的功率为56.1 kW时,柴油机排气余热回收系统整体的理论回收功率相对于柴油机实际输出功率所占比例可达6.5%。