本文首先分析了半导体制冷的基本原理,对半导体制冷装置进行了不同工作状态下的热力分析计算,就装置的冷热端温差、热电材料的优值系数、散热器的散热性能对半导体制冷装置性能的影响进行了理论分析,为半导体制冷产品的开发设计和现有的半导体制冷装置性能测试建立了理论基础。然后对一台半导体制冷产品建立了二维计算模型,用ANSYS软件对制冷空间内的温度场分布进行了数值模拟,分析了对流传热系数和半导体制冷器冷端放置位置对制冷空间温度场的影响。针对制冷空间内温度分布不均匀以及降温速度慢的问题,对半导体制冷产品的结构提出了改进方法。在数值模拟结果的基础上设计并建立了一台风冷散热半导体制冷产品样机,研究了样机冷、热端传热状况对样机性能的影响,对样机进行了性能测试与实验研究,结果表明,其影响规律与数值模拟结果吻合,样机在环境温度20℃时仍然可以保持和环境温度近9℃的温差,样机设计基本上达到了预定要求。