目前,利用半导体赛贝克效应实现的能源微机电系统逐渐成为能源研究领域的一大热点。作为新的微小型能源,微热电发电系统不但没有运动部件、无噪声、运行可靠,污染小,正可作为电子系统微型电源的一个理想解决方案。本文提出的渐进式微小型温差热电系统结构是在现有温差发电技术的基础上进行的重要应用和尝试。具体研究内容如下:1.建立热电系统结构数学模型。根据能量关系给出了微小型热电系统结构中温度分布函数,又利用现有热电模块参数,分别针对一维对称和二维对称热电系统结构建立了连续型数学模型,同时给出了针对热电偶对分布规律的离散型数学模型,并在此基础上结合热传导过程、结构间隙、能量散失和采取多孔隙结构等因素对模型进行了必要的参数修正。2.热电系统结构数学模型优化。在充分利用系统温度分布函数的连续性,对热电偶对离散化处理的基础上,对热电系统结构模型参数进行了多变量优化。基于本文的设计目标,提出了系统效率函数、体积能量密度函数等设计指标,得出了系统结构尺寸和主要模型参量的最佳取值范围。3.仿真计算确定系统边界条件。依据数学模型给出的设计参数范围,建立了ANSYS软件中的系统仿真模型,参考市场成熟热电产品设计参数,分别对一维对称和二维对称热电系统结构进行了流场和温度场的仿真计算。在较为符合实际的情况下,选定了本文所设计的热电系统结构的热流流入温度范围为473K～573K,电路电流为2.5A～3.5A。4.搭建系统结构模型实验平台。参考工业级温差热电片设计参数和本文设计的热学模块及系统结构布置方案,对本文提出的热电系统结构在其效率测试平台上进行了9种工况测试。本文提出的一维对称热电结构数学模型计算出的系统输出功率及效率范围分别为50W～60W和7%～10%,通过实验,系统实际输出功率和效率分别为20W～30W和3%～6%。电路电流相同条件下,在一定范围内,系统输出功率和效率有随热流温度逐渐升高而降低的趋势;当进入系统的热流温度恒定时,系统输出功率和效率都随电路电流变大而有降低趋势。