螺杆压缩机运行过程中必须对排出的润滑油进行冷却,保持较低的压缩机回油温度,提高制冷系统的可靠性和工作效率。与其他油冷却方式相比,分相式热虹吸油冷却系统因其可靠、灵活且无需驱动泵等特性适用于螺杆制冷机组上。本文搭建了分相式热虹吸油冷却系统的实验台,测得其在五个工况下的换热量、制冷剂的质量流量以及润滑油出口温度。建立了不同换热和压降公式组合的分相式热虹吸油冷却系统的理论模型,进行迭代求解,并与实验值对比。结果表明:对于分相式热虹吸油冷却系统,油冷却器制冷剂侧选用Ayub换热模型和Huang摩擦压降模型,两相流选用Friedel或CESNEF-2分相流摩擦压降模型,截面含气率选用Lockhard模型,模拟精度最高。基于选定分相式热虹吸油冷却系统理论模型,采用固定变量法分析结构参数对其换热性能的影响。结果表明:增大热虹吸罐至油冷却器的高度差、降液管2的管径、两相管的管径均能提高油冷却系统的换热量,降低润滑油出口温度;而增大冷凝器出口至热虹吸罐的高度差和冷却回路连接管管长会削弱油冷却系统的换热性能。采用正交分析法研究运行参数对换热性能的影响,冷凝温度、润滑油进口温度对换热量的贡献率分别为68.5%、24.2%,是引起换热量变化的主要因素;润滑油流量对换热量的贡献率为7.0%,是引起换热量变化的次要因素。研究了冷凝器分别停止供液1-5min后恢复供液对分相式热虹吸油冷却系统换热性能的影响,发现油冷却系统从恢复供液至稳定运行阶段所需时间约为停液时间的三分之一。对热虹吸罐进行优化,消除了过冷度的混合损失,降低了油冷却器进口制冷剂的过冷度。保持冷凝器和油冷却器不变,优化各部件结构参数,并集成优化后的热虹吸储罐,油冷却系统换热量提高了16.8%-21.0%,润滑油出口温度平均下降4.4℃,制冷机组的制冷量提升了1.5%～2.5%。