分段式热电器件是一种能够有效提高热电器件转换效率的热电器件类型。它采取将不同热电材料较高的ZT值温度区间组合的方式,实现相对传统单一材料热电器件的热电转换效率和热电输出性能的提高。本文针对于分段热电器件利用有限元分析方法,针对热电输出性能和可靠性,进行了结构优化设计,希望为更多热电器件的热电性能和可靠性改善提供指导方向。首先,本文利用有限元分析方法,建立了适用于中温条件下的热-电耦合和热-力耦合的计算模型,为提高热电器件的热电输出性能和改善热电器件的热应力打下了理论基础。其次,借助COMSOL Multiphysics模拟分析软件对中温条件下的分段式热电器件进行了数值模拟分析。主要对分段式热电器件在稳态条件下的不同热电材料的热电臂几何尺寸、几何形状、陶瓷片厚度进行了性能影响的研究;并对分段热电器件进行了结构优化的设计,并与单一材料下的热电臂进行了热电性能的性能对比。结果表明,热电臂的几何尺寸、热电臂的几何形状和陶瓷片的厚度对于分段器件的热电输出性能有着显著影响。优化后的模型尺寸为:热电偶的p型热电臂长宽高均为2 mm,n型热电臂的长宽为1.5 mm、高为2 mm,陶瓷板的厚度为2 mm。在热端温度为700℃,冷端温度为100℃的条件下,其最大转换效率为11.2%。对比单一材料的Half-Hesuler热电器件,其转换效率从7.22%提升至了11.2%。最后,借助COMSOL Multiphysics模拟分析软件对中温条件下的分段式热电器件进行了有关热应力数值模拟分析。主要对分段式热电器件在稳态条件下的热电臂几何尺寸、陶瓷片厚度进行了热应力的可靠性分析的研究;分析了模型中沿X、Y方向的热应力。结果表明,分段式器件热电臂的热应力比单一材料的热电臂要更大。当增加分段热电器件热电臂的长度、选取合适的截面积(2.5 mm)、增加陶瓷片厚度,能够有效、直接地减小热电器件的热应力,增加分段式热地器件的使用寿命。