作为世界上最大的能源消费国和碳排放国,汽车产业更是能源消耗大户,造成了严重的能源与环境问题。目前汽车发动机的热效率偏低,其中约40%的热量由尾气排出。汽车温差发电系统是一项新兴的尾气余热能量回收技术,是提高发动机燃油经济性的有效手段,也是实现汽车绿色节能的有效途径。考虑到车辆实际的运行工况具有时变的复杂性,针对传统稳态模型无法预测温差发电系统动态特性的问题,本文提出了温差发电系统的混合瞬态CFD-分析模型,由求解温差发电系统（TEG,Thermoelectric Generator）温度场分布的CFD模型和求解温差发电模块（TEM,Thermoelectric Module）瞬态输出性能的分析模型组成,用于预测温差发电系统在瞬态热源激励下的动态响应特性。鉴于温差发电系统应用于不同车辆载荷时产生的能量增益不一致,建立了温差发电系统的净功率模型探求其最佳载荷条件。论文主要的研究内容如下:首先,简要阐述温差发电技术的基本工作原理,介绍半导体温差发电材料和平板式温差发电系统的结构组件及参数,基于上述基础建立了热电半导体的稳态分析模型求解其输出性能。此外,考虑到温差发电系统应用于实际车辆时会产生额外的重量损失和排气背压损失,提出稳态净功率模型来评价温差发电系统的输出性能。其次,由于温差发电系统涉及流场、热场和电场的复杂耦合,建立了温差发电系统的混合瞬态CFD-分析模型,将针对温差发电系统的流场和热场建立的瞬态CFD模型和针对温差发电模块的热场和电场建立的瞬态分析模型相结合,并基于COMSOL和MATLAB软件平台求解出温差发电系统温度场分布和瞬态响应特性,在保证仿真精度的前提下减少了仿真时间。此外,在稳态净功率模型中引入时间项,建立瞬态净功率模型探求温差发电系统在变载荷条件下的最佳载荷,为合理分析温差发电系统的瞬态性能提供一定的理论指导。然后,以混合瞬态CFD-分析模型为理论基础,利用瞬态CFD模型的有限元仿真结果研究不同载荷条件下温差发电系统的温度场分布规律,将其作为边界条件输入到瞬态分析模型,对比分析温差发电系统在不同载荷条件下的瞬态输出功率和瞬态转换效率,确定其最佳载荷条件。最后,为了验证混合瞬态CFD-分析模型的准确性,研制了温差发电系统样机,并搭建其试验台架进行试验研究。试验过程中,使用尾气模拟热源分别测试稳态和瞬态热源下的输出性能,并将试验结果与模型仿真结果进行对比,验证了本模型的准确性及合理性。理论模型与试验研究表明:（1）由于尾气在传热过程中的热惯性,相较于尾气质量流量和尾气温度的瞬态波动,瞬态输出功率的波动幅度更为平缓;（2）稳态模型会造成温差发电系统输出功率的高估和转换效率的低估,温差发电系统在轻型车、中型车和重型车载荷条件下的平均输出功率和转换效率分别为10.65 W,24.81 W,67.17 W和1.43%,2.09%,5.53%;（3）本文所采用的温差发电系统更适用于中型车载荷条件下,其平均净输出功率和转换效率分别为11.5 W和1.12%;（4）模型结果与试验结果基本一致,瞬态平均输出电压和输出功率的误差分别为7.55%和9.13%,所建立的瞬态CFD-分析模型能准确预测温差发电系统的瞬态回收性能。