温差发电技术,也被称为热电发电,是利用半导体材料在温差的作用下形成的seebeck效应来产生电动势,它可以直接将热能转换成电能。温差发电器件以其安全可靠、无噪音、利用废热等优点被全世界范围的学者所关注,具有无限广阔的应用前景。但是,热电器件在使用过程中常常面临着发电效率不高、由高热流引起的热应力过大以及冷端散热不及时等问题。本文对以上问题开展了相应的研究工作。在传热-发电模块,本文首先建立了热电器件优化效率的数学模型。为了能够提高单位体积的电学输出性能,本文从优化热电臂的结构尺寸出发,提出了一种新型的紧凑式温差发电器件,并从数值模拟的角度将其与传统式、尺寸优化式温差发电器件的电学性能进行了对比。研究结果表明,C-TEG表现出优异的输出电学性能;与T-TEG相比,C-TEG的电压、功率和效率略有下降;其单位体积(面积)的输出电压、输出功和输出效率却有着明显的提高,且提高的幅度随外接负载阻值的增大而增加。在传热-应力模块,本文以“层叠式”热电器件为研究对象,建立了热电器件的传热和应力耦合数学模型,分析将稳态非均匀热流、均匀热流以及瞬态热流施加于热端表面时,系统的传热特性以及由温度不均匀引起的热应力分布特征。结果表明:热应力主要产生于水平方向上的热不均匀性,这是造成系统出现疲劳损坏和失效的重要原因。当热流集中度增大时,水平方向温度分布的不均匀性会增加,热端部分热应力变化显著,达到了16.3GPa。此外,瞬态热流会使系统产生周期性的应力波动,波动的幅值可达0.6GPa,这会严重影响系统的使用生命周期。进一步地,针对热电器件冷端散热问题,文本还采用数值计算的方法研究了一种带有丁胞(凸型丁胞、凹型丁胞、混合丁胞以及无丁胞结构)的冲击射流微通道的流动与换热。结果表明:凸型丁胞优于无丁胞结构,混合丁胞结构次之,凹型丁胞的换热最差。凸型丁胞具有减阻降压效果。对于综合性能性能而言,凸型丁胞结构优于无丁胞结构,而凹型丁胞结构最差。