涡流管是一个可以把高压气体分离为冷热不同的两股气流的设备.虽然在1931年George Ranque发现了该现象并吸引了很多人的目光,但是至今仍没有一个让人广泛接受的理论来解释该现象.该文对涡流管的能量分离现象做了理论上的分析讨论.利用流体力学N-S方程和能量方程,在理想可压缩气体、稳定流动、轴对称流动等假设基础上,建立了探讨了涡流管内部流动规律和制冷机理的一维的数学模型,并对该模型进行求解,得到了涡流管内部流动的切向速度和温度分布曲线.进一步建立了雷诺数应力湍流模型,用数值计算方法对涡流管的能量分离进行了数值模拟,并对涡流管在低温环境下的应用做了设想与分析讨论.该文在选择湍流模型时通过对不同的湍流模型的计算结果与Bruun实验数据进行比较,认为RNG k-ε模型和SST k-ω模型比较适合涡流管的计算.在该文后面的计算中一直采SST k-ω模型.在选定计算模型后通过调整不同的能量湍流普朗特数Pr来分析能量分离情况,计算表明,对涡流管进行数值计算需要一个比较大的湍流普朗特数Pr,该文取9.0.这说明涡流管的能量分离与湍流有很大的关系.该文选取SST k-ω模型、普朗特数Pr取9.0,分别采用可压缩流体和不可压缩流体进行了计算,比较它们得出把气体看作不可压缩是合理的.该文还进行了壁面绝热和等温的计算,结论表明绝热边界有更高的热气流温度.在低温区域,工质采用氮气、用数值计算方法对涡流管制冷的实际工况进行了探讨.