鉴于当前不同材料对涡流管内部流动特性的影响机制尚不清晰,采用CFD仿真研究5种涡流管管材(铜、铝、钢、PVC、木)对涡流管能量分离效应的影响。选用压缩空气作为工质,设置入口压力为0.1~0.5 MPa,冷流率为0.1,涡流管的L/D=16,采用Standardκ-ε模型对涡流管内的气体流动进行稳态数值模拟,获得不同材料、不同压力和不同粗糙度下的速度、压力及温度变化趋势。结果表明金属材料的涡流管比非金属具有更高的温度梯度,且金属材料性能优于非金属材料,其性能由高到低依次为铜、铝、钢、PVC、木;粗糙度升高,涡流管的制热性能增加,但制冷性能降低。

立铣刀高速铣削方式加工可显著提高淬硬钢模具的加工效率,但同时也存在切削温度高、刀具磨损快的问题。对刀具与工件的切削接触区域进行充分冷却及润滑是解决此问题的有效方法。对气体风冷高速切削展开刀具磨损研究,涉及两种气体冷却方法—压缩气体冷却法以及涡流管冷却法。实验结果表明,涡流管冷却法相比压缩气体冷却法可降低切削区域温度,有效减轻切屑粘结及粘结磨损现象,最终有效降低立铣刀刀刃的剥落宽度以及刀具磨损程度。

采用自行设计的涡流管,并以空气作为工作介质,通过实验研究了在保持膨胀比不变的情况下,不同进口压力对涡流管性能的影响.实验结果表明:对于常温涡流管,在较小的膨胀比下,进口压力的改变对涡流管的制冷性能没有显著的影响;随着膨胀比的增加,进口压力的改变对涡流管制冷性能的影响也变得越来越显著.膨胀比为3时,进口压力的增加基本不影响涡流管的制冷性能,而膨胀比为6时,随着进口压力的增加,涡流管的制冷性能显著提高.

采用自行设计的涡流管，并以空气作为工作介质，通过实验研究了在其它条件相同的情况下，不同进口压力对涡流管性能的影响。实验结果表明：对于常温涡流管，在背压保持不变的情况下，随着进口压力的增加。涡流管的制冷温度效应、单位制冷量和制冷系数都显著提高，但是当进口压力增加到一定的值以后，继续提高进口压力，涡流管的制冷温度效应、单位制冷量和制冷系数反而急剧下降。

对膨胀机、涡流管、膨胀阀3种节流形式的的制冷系统进行了热力学分析,结果表明,膨胀机或者涡流管的膨胀形式可提高系统的COP,降低系统不可逆损失,是以后提高跨临界二氧化碳系统COP的重要研究方向.

通过实验的方法，分别对以空气、氮气、氩气和二氧化碳等气体为工质的涡流管的能量分离效应进行了研究，得出了涡流管的冷热效应、制冷量、单位制冷量和COP（性能系数，Coefficient of Performance）随冷流率变化的特性曲线．研究表明：涡流管的冷热效应与工质的摩尔质量有着重要的关系，摩尔质量越大，其制冷和制热性能就越好；另外，在一定程度上还受气体本身的焦耳一汤姆逊系数的影响．对于制冷量和COP，除了跟工质的制冷效应和比热容有关外，跟摩尔质量也存在着相应的正比关系．

从涡流管结构参数对涡流管性能影响、涡流管热物理参数对涡流管性能影响、涡流管内部流动特性的研究及数值模拟、新型涡流管及双级多级涡流管和气液两相涡流管以及涡流管应用研究等五方面阐述了涡流管的研究现状及进展。

对涡流管制冷本质并进行相关的试验研究，进行理论分析，以及对四流道喷嘴涡流管的速度和温度分布进行数值模拟，结果表明：涡流管内实际流场由轴向，径向和漩涡运动组成，其流动形态在轴向上为阿基米德螺线，在横截面上为强制涡一自由涡的模型；管内流体能量的分离主要发生在涡流室区域附近，且气体从喷嘴出来后有少量直接进入冷端孔与冷气流混合，从而影响涡流管制冷效率。

以常温定压下的压缩空气为介质，对不同流道数目和轨迹的涡流管喷嘴内的温度分布及能量分离特性进行了实验研究，得到涡流管内的温度分布及制冷能力曲线；实验结果表明：在常温和入口气流压力为0．7MPa下，4流道喷嘴制冷效应最佳，6流道喷嘴的制冷效应最差，3流道、5流道喷嘴的制冷效应介于两者之间；3种型线中阿基米德螺线喷嘴的制冷效应最好。实验发现涡流管内0．7R处存在着一个冷热两股气流的分割面，界面以内是冷气流，界面以外是热气流。

通过大量试验并结合参考文献资料进行了分析，认为涡流管温度分离模型为：压缩气体经喷嘴进入涡流室后分为三种流动情况，外旋流压缩，中间分界面，内旋流膨胀过程。内旋流膨胀是涡流管制冷的原因，而热管的热传递是涡流管主要的能量。