设计的目的及意义：

大环境与国际局势：能源问题是当下时代发展的核心问题之一。相对于传统的燃料火力发电，热电发电虽然效率较低，但却是一项极具发展前景的技术，用于将热能转化为电能，以满足人们对清洁能源日益增长的需求。

热电发电器的优势与缺陷：在热电材料中，电子和空穴的扩散是由热端和冷端之间的温降驱动的，它们在两端之间产生电势。一个典型的TEG(热电发生器)由一个集热器、一个热电模块和一个冷却板组成，其中热电模块是TEG的核心部件。TEG具有保质期长、结构简单、无运动部件、无污染，同时结构紧凑、可靠性高、操作安静等优点。在过去20年中被广泛应用于许多严峻的环境，如：从发电厂收集废热，为局部自主传感器供电，从汽车尾气中回收能源，并为海底或空间爆炸装置提供能源和热量。然而，目前大多数热电设备的效率相对较低(通常在5%-10%左右)，这是它们今后进一步发展应用的基础。通常认为TEG器件的效率取决于下列系统参数：热端和冷端温度、热电元件的长度和截面积、负载电阻和接触电阻。这些因素对提高TEG效率具有重要意义，是提高TEG效率的有效途径，其中提高TEG材料的温降和提高ZT值是最有前景的解决方案。大量的研究集中在更好的冷端散热器设计和优化热端集中器，以最大限度地提高热电模块的温降。

国内外的研究现状：中、日、韩为首的第一梯队领先着德、法、美领衔的第二梯队。

国内方面：T.Ming团队采用了最新的纳米技术改变材料的微观结构或采用“PGEC”(声子玻璃电子晶体)方法来降低晶格热导率，从而找到了更好的ZT含量较高的TEG材料。近年来，发现了许多ZT大于1.5的材料，极大地提高了TEG器件的竞争力。ChengJT团队介绍了一种由液体棱镜跟踪器和固定和静态光学冷凝器(菲涅耳透镜)构成的基于电润湿跟踪的新型光流控太阳浓缩系统。基于电润湿跟踪的光学冷凝器(菲涅耳透镜)该系统通过电润湿控制流体界面的取向，可以达到大于1000的浓度比，太阳能利用效率较高，成本较低。高热流率将大大提高热端的温度，提高TEG的效率，同时对普通单层TEG也带来很大的挑战。为了充分利用不同热电材料的特性，提出了一种由低温、中、高温热电材料组成的分段热电发生器。STG的性能与相容性因子密切相关。如果两种加入的TEG材料是相容的，即它们的值不相差两倍或两倍以上，那么台阶的效率就会提高。事实上，由不相容材料建造的分段和级联的木栓可能会导致效率下降。将边界条件与材料的温度特性相结合，可以用RoweDM提出的数学方法构造出最优的TEG。TEG设计的本质是在相应的温度范围内最大限度地提高单个STG的工作效率。由于复杂的几何结构中存在较大的温降，因此阶跃的效率更高是以模型中较大的热应力为代价的。

日本方面：Kajikawa(The 20th International Conference on Thermoelectrics, Beijing, 2001:49-56)gt;El-Genk (Energ. Convers. Manage, 2005(46):1083-1105) 报道了通过级联、多段复合的方式提高材料热电发电效率的实验结果。此外，在日本特开2005-19910，日本特开2006-245224，W096/15412，US6722140B2，US6662570B2，US6505468B2 等专利中也公开了各种多段复合热电材料和级联热电器件的技术方案。例如，日本专利特开2005-19910公开了在具有不相同的热膨胀率的不同热电材料之间插入了热膨胀率为两材料之间值的另外1至2种热电材料层，从而缓和了热应力的技术。日本专利特开2006-2452Μ公开了在位于低温段热电转换用器件的上端部的绝缘性基板上，依次装载了高温段热电转换用器件和夹持用部件，从而降低作用于热电转换用器件上的热应力的同时降低热损失的技术。

2. 研究的基本内容与方案

研究设计的基本内容：

1. 采用ANSYS有限元软件，建立多偶热电器件有限元分析APDL参数化模型；

2. 根据热电器件基本结构，建立其二次开发模型；

3. 分析热电器件的结构尺寸对功率输出、最大效率及器件内温度分布。