本文主要围绕防冻堵涡流管的工作原理以及研制、防冻堵涡流管的工作性能以及在具体实际应用系统中的研究和优化等方面进行了系统的分析，揭示了防冻堵涡流管的内部机理，为本身的产业化应用及推广奠定了实验基础。 系统介绍了防冻堵涡流管的设计原理和研制过程，首次尽量保证了进入各个喷嘴时的速率相等。具体的，采用了一个渐缩形式的导流道，使得喷嘴出口的气流实现了均匀混和，进一步提高了气体的能量分离效果，而且还根据相关的理论公式设计了各个结构的几何尺寸。由于在普通涡流管的外部设置了用于换热的套管结构，这就使得涡流管内气流能量分离的最佳长度跟套管换热器内得到最大换热量时的长度有所不同。所以在保持其他结构不变的基础上，特意加工了几个不同长度的热端管，以取得防冻堵涡流管的最佳热交换长度。经实验验证，通过这些方法最终得出的防冻堵涡流管各个结构的几何参数是合理的，基本达到了预想效果。 根据防冻堵涡流管导流道的开创性设计，组装得到了完整的实验用小型防冻堵涡流管，并以压缩空气为介质，对其本身的工作性能进行了具体的实验研究。得到了进口温度和压力、涡流管内外气流质量比以及热端管长度对防冻堵涡流管制热和制冷性能影响的规律，还得到了套管内气流最大得热量时的工作状态，并最终确定了防冻堵涡流管的最佳结构参数。另外，将防冻堵涡流管同普通涡流管的性能进行了相应的对比，分析了彼此产生差异的可能原因。