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壓縮冷卻后的氣體進入噴嘴，在噴嘴內膨脹并加速至音速，從切線方向噴入渦流室，形成自由渦流。自由旋渦的旋轉角速度隨著接近中心而增加。由于角速度不同，自由旋渦各層之間存在摩擦。中心的氣流角速度zui高，摩擦導致能量傳遞給外層角速度較低的氣流。中間層的氣流損失能量，動能低，所以速度和溫度降低。通過渦流管中心的孔板從一端引出，獲得制冷所需的冷氣流。外層的氣流獲得動量，動能增加。同時與渦輪管壁摩擦，將一部分動能轉化為熱能，通過控制閥從渦流管的另一端導出，形成熱氣流。通過控制控制閥，可以調節冷氣流和熱氣流的流速和溫度。
