随着科学技术的不断发展,航空航天、医疗器械、电子元件等领域需要低温的工作环境才能发挥其功能。热电制冷技术因其体积小、无污染、安装方便、能实现温度的精准控制等优点而被广泛应用。然而,市面上最常见的热电制冷器的应用,例如热电制冷冰箱制冷实现冷藏不能实现冷冻。因此,设计一个是能实现低温的热电制冷器具有非常重要的意义。为了解决目前热电制冷器不能够实现低温的问题,本文设计并优化了一个新型立方型两级热电制冷器,来提高其热性能。在两级热电制冷器的第一级,n（n=1,2,3,4）个热电制制冷片的冷端与立方体铝块的四个面相连,热端分别连接水冷散热器。在第二级,铝块与一个制冷片的热端相连用来散热。与传统的方形两级热电制冷器和金字塔型两级热电制冷器相比,其热性能,包括冷端温度和冷热端温差都得到了极大的提高。通过对两级热电制冷器的结构、制冷片在不同阶段的电压和散热方式的优化,获得了最低的冷端温度。最后,以立方型热电制冷器为基础搭建了一个热电制冷冰箱,并探究了箱内温度的影响因素。主要结论如下:（1）当第一级输入电压为12 V,第二级输入电压为6 V时,方型两级热电制冷器的冷端温度最低为-38.6℃。（2）对于金字塔型两级热电制冷器,在12 V电压下,最低冷端温度为-34.3℃（未保温）。由于金字塔型两级热电制冷器第一级冷端面积的75%暴露在环境中,因此存在额外的热损失,所以金字塔型两级热电制冷器的热性能受到限制。（3）对于立方型两级热电制冷器,热分析表明,相邻两级的制冷片数量之比为3.2:1,四舍五入为4:1,这与实验结果一致。（4）对于立方型两级热电制冷器,当第一级电压为12 V,第二级电压为9V时,冷端温度的最小值为-49.5℃。两级电压的差异是由于随着第一级电压的增加,第一级的制冷量逐渐增加,并且在第一级电压为12 V时达到最大值。同时,随着第二级电压的增加,第二级的产热量迅速增加。只有当第一级制冷量大于第二级产热量时,冷端温度才会逐渐减小,两级之间的温差才会增大。当第一级制冷量小于第二级产热量时,冷端温度逐渐升高,两级之间的温差逐渐减小。（5）在热电制冷冰箱的实验中,制冷模块与箱体的装配方式为散热风扇与箱体重合、散热风扇突出箱内壁,试验系统分别在16.6 min、14 min达到稳态,且达到稳态时箱内平均温度内外温差分别为26℃和32℃,表明冷端尽可能地与箱内空气接触,箱内温度才可能最低。（6）冷端采用自然对流和强制对流时,实验测试系统分别在24 min和12.5min达到稳态,室内平均温度内外温差分别为12℃和40℃,且风扇电压在12V时,箱内平均温度低至-15℃。（7）循环水模式下,箱内平均温度为-11℃,箱内平均温度内外温差为36℃。