随着全球汽车产量不断提高,汽车的普及率愈来愈高,而作为汽车的主要动力能源—汽油,在实际使用过程中仅利用大约30%,40%左右都以汽车尾气的形式排放掉。本研究正是针对汽车尾气余热不易回收的特点,利用温差发电技术回收汽车尾气废热,将余热能转化为电能,储存在蓄电池中,供车载用电器使用或可为混合动力汽车提供电力来源。这对于汽车产业节能减排无疑具有十分重要的意义。本文运用热力学定理建立了温差发电组件(Thermoelectric module, TEM)的数学模型,对温差电单偶臂长l、面长比A/l对TEM输出功率和温差电转换效率的影响进行了数值计算。并基于ANSYS软件建立了温差电单偶仿真模型,对其进行了热、电、应力耦合仿真分析,并研究了温差电单偶臂长l、横截面边长s对温差电单偶输出功率、温差电转换效率的影响,与数值计算结果进行了比较,验证了模型的正确性。在建立了温差电单偶仿真模型的基础上,分别考虑了温差电材料在各项同性和各向异性两种情况下,结构参数对其发电性能和热应力的影响。在分析结构参数的影响后,提出了一种新结构尺寸的TEM,在保证温差电单偶不发生应力破坏的情况下,使得输出功率和温差电转换效率达到一较优值。对新设计的TEM的输出功率进行了实验测试,并将实验测试值与仿真值进行了比较,验证了仿真模型的正确性。建立了圆筒式汽车尾气温差发电系统的三维模型及数学模型。通过简化模型,建立整个模型的冷端和热端的热平衡方程,得到设计的发电器的主要结构上的平均温度,从而得到温差发电器的输出功率,需要的散热量,为安装时选用何种类型的发动机冷却系统提供参考。通过Fluent软件完成了圆筒式温差发电器的热流耦合仿真分析。将分析结果与数学模型的计算结果相比较,结果可为样机试制提供一定的理论基础。