高温环境广泛存在于自然环境、工业作业环境等环境中,并且随着生产力的发展以及科技的进步,越来越多的人从事于高温环境之中。高温环境会引起人体的热应力,从而对人体的生理能力产生不良的影响,削弱了行动的有效性和效率。如果人体长时间暴露于高温环境中,不能维持正常的人体热平衡,人体将会出现病变热损伤,因此如何降低高温环境作业的人员在高温天气工作时的人体温度是一个热点问题,人体冷却服的研究与设计具有非常重要的现实意义。与其他制冷技术相比,热电制冷具有无活动零件、控温精确、使用方便等优点,尤其适用于人体冷却系统。本论文对高热流密度与低热流密度两种情况下分别设计了液冷服与热端自然对流人体冷却服并进行研究,得到的结论如下:首先热电制冷对工作的影响因素有很多,比如尺寸因子(G)、工作电流、冷热端温度等等。本文系统讨论了尺寸因子、工作电流、冷端温度在热-电转换过程中的基本工作特性。在工作条件以及材料不变的情况下,制冷量只与尺寸因子有关,随着尺寸因子的逐渐增大,制冷量和制冷系数先增大后减小。若是追求制冷量,最佳尺寸因子取值在0.13cm左右,若是追求制冷性能,则最佳尺寸因子在0.25cm左右;在其他条件不变的情况下随着电流的不断增大,制冷量先增大后减小,制冷量的大小与电流曲线成抛物线形,当电流达到6A左右时,热电制冷器达到理论的最大制冷量运行工况,当电流达到3A左右时,热电制冷器处于最佳制冷系数工况;制冷量随冷端温度增加而增加,与冷端温度成正比,因此在满足制冷需要的前提下,冷端温度越高越有利于制冷性能的提高。其次从实验的角度对热电制冷人体液冷服进行了分析,实验结果表明:在外界环境温度为40℃、进水温度为25-30℃时,TEC-12710型热电制冷片的最大制冷量在22-28W之间,TEC-12715的最大制冷量在32-38W之间,TEC-12710型热电制冷片需要3块才能满足需要,选用TEC-12715型热电制冷片只需要两块就能满足需要,这样系统会简单很多而且制冷模块便于拆卸。人体液冷服在4-12V工作时,制冷量随着电压的增加而逐渐增大,但是性能系数则逐渐减小,当循环水流速为600ml/min时,工作电压为12V时对应的制冷量为39W。在相同的输入电压下,制冷量随环境温度的升高而降低,并且制冷系数也会降低。最后利用有限元数值模拟的方法,对一对热电制冷对进行数值模拟,设计了一种新型的轻便可靠的可穿戴式的人体冷却服,避免了液冷服沉重与结构复杂性。模拟结果如下:在电压不变的情况下,冷端平均温度随着换热面积的增加先减小后增大,在换热面积为5cm左右时,冷端平均温度存在最小值;制冷量与散热量都随着换热面积的不断增大而趋于一个定值;随着换热面积的不断增加,热电制冷对的性能系数不断增大。综合考虑为了满足人体散热的需要,要求热电制冷对最大热流密度在100W/m2之上;从经济型的角度考虑,热电制冷对性能系数要越大越好,这就要求小的电压;另外考虑到穿着的舒适性,其平均温度不宜过大,故电压应尽量小于0.04V。通过对各个参数的综合考虑,冷热端面积为7cm2时人体冷却要求的最佳面积。将所设计好的热电制冷对根据人体的形状进行串联,构成新型人体冷却服,可以直接用于人体接触散热。