随着科学技术的不断发展，人们对冷藏、冷冻技术的要求也不断提高，半导体冰箱以其体积小、安装方便、绿色环保等优点得到广泛应用。然而，目前采用的是风冷式半导体冰箱，只能实现轻微冷藏，不能达到冷冻。为提高半导体冰箱的制冷效率，本论文针对目前的半导体冰箱进行改装，从实验和理论分析两个方面，研究了基于水冷散热方式半导体冰箱的制冷性能。研究工作概括如下：本论文对半导体制冷的基本原理及半导体制冷器的工作原理进行理论研究，并比较分析了半导体制冷器的几种散热方式，为水冷式半导体冰箱的改进研究提供了理论基础。通过分析原风冷式半导体冰箱的工作原理，对原风冷式半导体冰箱进行改进，设计了水冷式半导体冰箱水冷系统的安装方法，并阐述了水冷散热系统的工作原理。基于改进的水冷式半导体冰箱，测试了水冷式单片及双片半导体小冰箱的制冷性能，并与原风冷式半导体小冰箱进行比较。分析表明水冷式双片半导体小冰箱能达到最佳的制冷效果。利用双片半导体小冰箱，测试了3种不同工况下，包括循环水冷、恒定水温以及盐溶液作为循环介质的制冷性能，实验结果表明盐溶液的散热效果明显优于纯水的，恒定水温下半导体冰箱的制冷效果较循环水冷的明显提高，水冷式半导体冰箱的制冷性能和冷却水的温度有关，水温越低，半导体制冷器的制冷效率越高，制冷温度越低。并且设计了一种简化的铝管散热半导体冰箱，不仅节省空间，还提高了食物冷藏的保鲜度。通过建立水冷式半导体冰箱的制冷模型，计算分析了在不同恒定冷却水温度下半导体制冷器冷端温度随时间的变化关系，并将理论结果与实验测量结果进行了拟合对比分析，发现理论模型与实验测量结果一致，为水冷式半导体冰箱制冷性能的提高提供了实验和理论依据。