涡流管是一种易于维修、便于携带、只需高压气体便可实现冷热分离的装置。由于涡流管独特的运行特点已在制冷领域、真空领域、化工领域、生物领域得到广泛应用。涡流管内部流动及其复杂,性能差异也受众多因素影响,因此正确理解涡流管内部流体流动状态以及性能影响因素是拓展涡流管应用的基础。本文以Fluent数值模拟为基础,采用R41为工质对涡流管内压力场、温度场以及三维流场进行模拟分析;并采用多种制冷剂为工质,选取最佳工质分析运行参数和结构参数对涡流管制冷效应、制热效应以及分离效应的影响。模拟结果表明涡流管内部存在明显的压力梯度和温度梯度,热端管轴截面上自轴心区域到外缘区域方向压力和温度逐渐增大;自涡流室到热端阀方向上压力逐渐减小而温度逐渐升高。模拟分析可知涡流管内部存在三维旋流流动状态,同时伴有正旋流和逆旋流、二次循环流、自由涡和强制涡流动特性。随着热端管轴截面上径向距离的增加,轴向速度存在方向上的转变,转变点为正旋流和逆旋流的分界点;径向速度受到二次循环流的影响存在由内到外的转变;切向速度随着径向距离的增加呈现先增加后减小的趋势,最大值可达110m/s,切向速度峰值点为自由涡和强制涡的转折点。随着热端管轴向距离的增加,轴心区域流体轴向速度逐渐增加而外缘区域流体轴向速度逐渐减小;径向速度和切向速度随着轴向速度的增加而减小。运行参数对涡流管性能的影响主要从工质种类、冷流率、膨胀比、冷热压力比和热冷压力比五方面研究。结果表明不同工质对涡流管性能影响大小依次为R41、R32、R23、R290、R134a、R1234yf,当工质为R41时涡流管分离效应最高可达5.3K左右;涡流管制冷效应随着冷流率的增加而减小,制热效应和分离效应随冷流率的增加而增加,当冷流率为0.7时涡流管分离效应达到最佳,最佳值为7.2K左右;相同冷流率条件小,涡流管性能随膨胀比的增大而增大,当膨胀比为1.8时涡流管制热效应可达17K;相同进口压力条件下,涡流管制冷效应以及制热效应均随冷热压力比的增大而增大,随着热冷压力比的增大而减小。结构参数对涡流管性能的影响主要从喷嘴数量、喷嘴形状、热端管长度三方面研究。结果表明相同进口压力和冷流率条件下,不同喷嘴数量对涡流管性能影响大小依次是3流道、2流道、4流道、5流道、6流道,3流道喷嘴最大制冷效应达4.25K左右而最大制热效应可达4.6K左右;当喷嘴流道数为3流道时,不同喷嘴形状涡流管性能大小依次为渐缩型喷嘴、直线型喷嘴、阿基米德型喷嘴,当冷流率为0.7时,渐缩型喷嘴分离效应比直线型喷嘴分离效应高0.7K左右,比阿基米德型喷嘴分离效应高0.9K左右;相同进口压力和冷流率条件下,热端管长度为100mm时,涡流管性能最佳,最大分离效应可达3.7K左右。