内燃机中燃料燃烧产生的能量只有1/3左右转化为有效功输出,其余能量以排气和冷却水形式散失到环境中。其中,内燃机排气由于温度高、品位大等特点,具有巨大的回收价值。温差发电技术是一种理想的余热回收技术,结构简单、运行稳定、维修方便,非常适合对内燃机排气余热进行回收。现阶段温差发电技术存在的主要问题是余热回收效率低。除此之外,在排气系统中安装温差发电器还会增加排气系统压降和重量,增加发动机的功率消耗,进一步影响温差发电器的净输出功。本文将温差发电器与排气系统中的催化器、消声器进行集成设计,使热端换热器在强化换热的同时兼具催化、消声功能,有利于降低温差发电器对排气系统压降和重量的影响。首先,针对温差发电器和三元催化器的集成进行了研究,建立了热电模块的热电转化模型和催化器的反应动力学模型。通过热-电-流-反应的耦合计算,对集成模型进行优化设计,保证温差发电器和三元催化器都具有良好的性能。研究结果表明,催化器载体安装在换热器后部可以使换热器表面具有比较均匀的温度分布,有利于提高温差发电器的最大输出功;适当数量的模块可以使温差发电器的最大输出功率最大化,过多的模块不仅会降低系统整体的最大输出功率,也会影响催化器的转化效率;在换热器中安装导流装置能提高温差发电器的输出功率,设计导流装置时应注意平衡对压降和催化器转化效率的影响。基于优化后的模型,将集成式温差发电器的净输出功与单一温差发电器的净输出功进行对比,集成设计使温差发电器的净输出功提高了37%。接着又探索了兼具消声功能的温差发电器设计方案。基于Fluent平台建立了评价消声效果的计算方法。对原导流体式换热器的传递损失进行了计算,提出了隔板式的换热器改进设计方案。隔板结构在强化换热的同时将换热器分为多个膨胀腔,起到良好的消声作用。对隔板式换热器的多个参数进行了研究。结果表明,优化隔板位置可以增大温差发电器的输出功,改善某些特定频率噪声的消声效果;增加隔板高度,在增大温差发电器输出功的同时也增大了传递损失;优化隔板位置的条件下,增加隔板数量并不能明显提高温差发电器输出功,但增大了换热器的传递损失。