随着能源与环境问题的日益突出,国家对排放要求的日益严格,对作为石油主要消耗源的内燃机开展节能减排研究意义重大。研究显示,发动机燃烧燃料所产生的能量,仅有40%左右转化为有效输出功,其余的能量则以排气和冷却水带走的形式散失在环境中。对这部分余热进行有效的回收利用,将大幅提高发动机的工作效率。而温差发电技术,作为一种能直接将热能转化为电能的余热回收技术,有着结构简单、无运动部件、可靠性高、运行稳定等优点,在内燃机余热回收领域有着广泛的应用前景。而另一方面,传统温差发电系统会额外占用车辆底盘的空间,给车辆带来额外负重和较大的排气背压,这在一定程度上也限制了温差发电技术的应用和发展。本文基于过程耦合集成的思路,提出了将温差发电系统与后处理系统中的阻抗复合式消声器进行集成,利用金属泡沫材料代替阻抗复合消声器中的吸声材料,使温差发电系统在进行车辆尾气余热回收的同时,能够保证足够的消声性能,从而避免给车辆底盘带来额外的负重、压降以及空间浪费。为了分析该系统的消声和换热性能,一方面,本文利用ANSYS Fluent建立了包含热电模块的热电转化模型和冷热端换热器几何模型的温差发电系统整体模型,完成流-热-电的耦合计算;另一方面,利用LMS Virtual.Lab建立了温差发电系统的声学计算模型,用以计算消声换热器在不同频段的传递损失,分析系统消声性能。基于以上模型,本文设计了改进型温差发电系统,并与原始结构进行仿真对比,结果显示改进后的系统相较于原系统消声性能提高44.4%左右,换热性能提高15.2%左右,造成的压降降低8.4%左右。然后,对改进后的结构进行进一步的参数优化设计和相关规律探索,包括扩张比、扩张腔长度、孔密度、孔隙率四个参数。结果表明:扩张比和扩张腔长度主要影响系统的压降性能和消声性能,对换热性能影响较小,在一定范围内,增加扩张比可以提高消声性能,但是会使压降上升,增加扩张腔长度,可以提高消声性能,并且造成的压降也会降低,但是会带来体积的增加;孔密度主要影响压降性能和换热性能,对消声性能影响较小,增加孔密度,可以提高换热性能,使模块发出功率更高,但是同时也会使压降增加;孔隙率对三方面性能影响均较大,增加孔隙率,会降低换热性能,但是压降性能和消声性能都有所提高。最后,为了验证模型的准确性和方案的可行性,本研究自主设计并加工了改进后的消声换热器,与温差发电模块和冷端水冷散热器组合起来,搭建了完整的消声型温差发电系统。利用温差发电测试台架和声学性能测试台架对该温差发电系统的消声性能、发电性能以及压降性能进行了实验测试,实验结果表明本研究的仿真模型具有较高精度,消声型温差发电系统具有较好的综合性能,为消声型温差发电系统实用化提供了理论和实验参考。