航运业是燃油消耗较高的行业,在能源危机和环境保护的压力影响下,船舶业发展走向低能耗、高效率、绿色环保的方向上来。柴油机余热利用的目的是提高运行期间的经济性,降低油量的消耗。本论文研究的船舶余热利用系统既能对排气管中高温废气进行回收,也可对已回收的低品位热源进行二次利用,充分利用余热资源。本文首先详细研究了热电模块的物理性能和船舶柴油机余热利用的特点,基于温差发电的基本原理,分析了温差发电片的热量传递过程,提出了船舶柴油机余热温差发电的途径-直接式温差发电与间接式温差发电,构建了两种余热温差发电系统及装置结构。其次,建立了直接式温差发电试验模型,设计了温差发电试验台,通过实验得出了在不同温差情况下发电的输出特性,并对实验数据进行了分析,计算了直接式温差发电装置的功率。再次,基于FLUENT软件的仿真方法,通过热力学分析模拟了排气管及温差发电片的温度分布,建立了基于热电模块HZ-20温差发电的计算模型,得出了在同样转速下温差发电的输出功率,对比了模拟仿真结果与实验计算数据,并研究了其影响因素。计算了温差发电装置的发电量并进行经济性分析。本文通过理论研究、实验分析及仿真计算,证明了温差发电片在船舶柴油机应用的可行性和经济性,有利于降低船舶柴油机油耗、降低运输成本和提高运载能力。