热电制冷片（TEC）通过热电效应将电能转化为热能,在其两侧添加热交换模块即组成了标准的热电制冷模组。实际工作中经常需要同时使用多个热电制冷片,而这方面研究较少。本文综合热电制冷热平衡方程和热阻矩阵模型,提出了一种针对多制冷片热电制冷模组性能参数的计算方法。结合理论计算和有限元仿真对多制冷片热电制冷模组的传热过程及工作特性进行了分析,并对热电制冷片的热布局进行了优化。研究内容如下:1)综合热电制冷热平衡方程和热阻矩阵模型,提出了一种针对多制冷片热电制冷模组的理论计算模型,并与有限元仿真结果进行了对比,验证了该计算方法的有效性。以4-TEC热电制冷模组为例,结合理论计算与仿真模拟结果,发现多制冷片热电制冷模组具有与单制冷片热电制冷模组相似的工作特性。2)使用有限元仿真的方法对具有相同有效工作面积和理论性能参数的六组不同热电制冷片排布方式的热电制冷模组进行了分析,发现即便具有相同的有效工作面积和理论性能参数,采用不同热电制冷片排布方式的热电制冷模组仍具有不同的工作性能,而在相同排布方式下,热电制冷模组具有相同的工作性能,这说明热电制冷片的热布局影响热电制冷模组的工作性能。3)结合理论计算和有限元仿真分析,对具有不同热电制冷片热布局的4-TEC热电制冷模组的工作性能进行了比较,发现采用四片均布热电制冷片热布局的4-TEC热电制冷模组性能表现要优于采用四片居中热电制冷片热布局。如在热源发热功率为50 W,热电制冷片工作电流6 A时,前者相对后者制冷效果提升4%,制冷效率提升14%。4)使用理论计算模型分析了两种热电制冷片热布局4-TEC热电制冷模组的供电方式及相应的最佳工作电流,发现串联供电、两两串联供电、独立供电三种供电方式下,二者各自的最佳工作电流均接近,因此为简化供电部件,推荐采用串联供电的供电方式。本文的研究成果可部分替代有限元仿真应用于相关热设计的初步设计,并对多制冷片热电制冷模组的优化有一定参考意义。