半导体制冷技术是一种新型无污染的制冷技术，在众多领域得到了广泛应用。如何有效提高半导体制冷片冷热端的冷热量的传递，并由此提高半导体制冷效率，一直是国内外研究的热点之一。热管具有良好的轴向导热性能，采用热管制作的散热器具有结构紧凑、体积小、传热效果好的优点，适用于半导体制冷片冷热端的冷热量及时散发需求。本文将热管散热器应用在半导体制冷箱中，利用实验与仿真相结合的方法对其传热特性进行研究。首先对热端采用热管散热器散热的半导体制冷箱的传热特性进行了实验研究与数据分析。探讨了导热硅胶、不同功率半导体制冷片、强制风冷与自然风冷对半导体制冷箱冷热端传热性能的影响；分析比较了热端采用热管散热器的半导体制冷箱与采用翅片散热器的半导体制冷箱的传热效果,并研究了采用热管散热器散热的半导体制冷箱的稳态传热特性。然后在实验的基础上利用Fluent软件对半导体制冷箱的热端热管散热器进行了数值模拟，得到了热管散热器的温度场并与实验结果对比分析，并利用建立的热管散热器的数值模型对其进行了仿真优化。通过对热端采用热管散热器散热的半导体制冷箱的实验与数值模拟得到了以下结论：导热硅胶有利于半导体制冷箱热端传热；不同功率的半导体制冷元件，功率越高，冷热端温差越大，制冷效率越低，因此在满足应用的前提条件下，使用低功率的半导体制冷元件能够提高制冷效率；热管散热器的传热效果要优于翅片散热器的传热效果；半导体制冷箱热端采用带风扇的热管散热器散热能够强化热端的散热，热端温度比环境温度高10℃左右，此时半导体制冷箱中的平均温度约7℃。采用基于压力基隐式求解器，SIMPLE算法，湍流模型选用标准k-模型，求解精度选用二阶迎风格式的模拟结果与实验结果相近，该模型准确可靠，可用于产品的仿真优化；流体流速越大，热管散热器的温度越低，传热效果越好；环境温度越小，热管散热器的温度越低，传热效果越好；随着翅片间距的增大，热管散热器的温度随之升高，传热效果变差。