涡流管是典型的能量分离装置,压缩空气流经涡流管后通过能量分离得到冷热工质,满足工程实际中制冷、制热及液化等多方面需求。涡流管具有结构紧凑,质量轻,安装维护方便,无须加注制冷剂等优良品质。近年来对涡流管能量分离机理的研究很是热门,目前对涡流管能量分离机理的研究中存在的主要问题为:缺少参数描述涡流管内涡旋流动特征即二次流强度,缺少二次流强度参数和涡流管性能关系的定量表达。为了回答上述两个问题,需进一步研究涡流管内部典型参数的分布特征。基于涡流管的科学研究和工程应用背景,本文以Fluent 17.0为研究平台,采用数值模拟方法,以压缩空气为工质,研究几何条件和工况条件对流动特征的影响,现将主要研究结果汇总如下:(1)采用湍流模型k-?模型,本文的计算结果和文献中的实验结果吻合度较好;(2)冷流比和压缩比是影响涡流管制冷效率的关键参数,增强冷流比和压缩比可增大涡流管的制冷效率;(3)靠近热端处口的圆柱段内,外层为热流体,内层为冷流体。热流体静压大于冷流体静压,这一特征是涡流管能量分离的结果;(4)压缩空气经喷嘴注入涡流室后,经历了较为复杂的运动轨迹,但流向冷端和热端的分层运动特征较为明显。冷端介质来自涡流室和靠近热端的圆柱段,并非单独来源于单一区域。靠近冷端的压缩空气在涡流室膨胀后流向冷端,类似的,靠近热端的压缩空气在涡流室膨胀后流向热端。喷嘴结构对冷端和热端的工质特性有重要影响。(5)两种物理参数平均绝对涡量和二次流速度的矢量模以及平均绝对涡量的无量纲参数皆可用于涡流管内的涡旋流动,两种物理参数和无量纲参数与涡流管性能参数有较好对应关系。本文的研究可为涡流管的设计提供基础数据,具有一定的学术研究价值。