热电发电器是一种基于塞贝克效应构造的发电器件,其可以直接利用各类废热进行热电转换。热电发电器虽然优点众多,但较低的转换效率限制了其更广泛应用。热电发电器的构型和热电材料的性能均会影响其转换性能和力学可靠性,近些年对于提高热电发电器转换性能的探索也日益增多。本文针对适配于环形热源的环形热电发电器能量转换特征及其力学可靠性进行研究。建立了环形热电发电器的能量转化分析模型,研究了热电偶臂角度与总角度比值、热电偶臂长度、热端温度及负载电阻对其输出功率和转换效率的影响规律,给出了考虑材料性质温度相关性的器件输出性能解析解。结果表明,当热电偶臂较短时,环形热电发电器的转换性能较高;角度比和总角度的提升,同样可以提高转换性能。当外接电负载阻值与器件内阻相同时,输出功率最大,并且热端温度的提高能显著增强热电转换性能。此外,汤姆逊效应显著抑制了器件的能量转换性能,当热电偶臂两端温差较大时,汤姆逊效应不应被忽略。提出了分段环形热电发电器的能量转化分析模型,对于由高温和低温热电材料构成的热电偶臂,研究了两段材料的长度比例对输出功率和能量转换效率的影响。研究发现,在不同的工作区间,通过调整高温段材料长度的占比,可以提高器件的能量转换性能。对于分段环形热电发电器而言,热电偶臂角度参数和汤姆逊效应的影响规律与环形热电发电器相似。建立了热电发电器的力学可靠性有限元分析模型,研究了角度参数、长度参数和热端温度对其力学可靠性的影响,模型考虑了金属电极和焊接层的塑性变形。数值结果表明,较短的热电偶臂和较高的热端温度显著增加热电材料段的热应力,且最大应力发生在热电偶臂的界面处。对环形热电发电器的综合分析表明,器件可能因在热电材料分段界面处发生破损,无法达到热电转换性能的理论求解最大值。当热电偶臂长度和热端温度确定时,热电偶臂角度提升不仅能够提高热电转换性能,而且可以降低材料段的最大热应力,从而提升热电发电器的综合性能。