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绕管换热器由于采用螺旋管缠绕，空间利用率高，在结构上较为紧凑，比直管有更高的传热系数和换热效率，管末端的自由弯曲段使传热管的热膨胀可自行补偿，适应性及可靠性更好，因此在天然气液化、空气分离、低温甲醇洗等工业领域中得到广泛应用。由于绕管换热器的工作机理复杂，特别是在混合工质制冷过程中，传热流动更加复杂，设计方法相对缺乏，因此，本文针对混合工质制冷绕管换热器的理论设计和实验开展了研究工作。本文的主要工作如下: 1.绕管换热器的设计计算模型 建立了绕管换热器的几何模型，汇总了绕管换热器常用的传热模型和压降模型，获得了绕管换热器的设计方法。在此方法之上，基于微元分段法使用MATLAB编程软件编写了用于多股流绕管换热器的设计软件。并使用该软件对文献中的一台用于低温甲醇洗的绕管换热器进行验证。验证结果表明该模型以及该软件具有可用性。对绕管换热器的几何参数进行影响分析:通过研究几何参数对传热系数、压降以及传热压降系数EK的影响，为绕管换热器选取合适的几何参数提供参考。 2.绕管换热器的设计与研制 本文针对混合工质制冷的特定工况，设计加工了一台绕管换热器，壳侧低压制冷剂作为冷流，管侧高压制冷剂和原料气作为热流。由于管内流体发生冷凝，流速减小，为了确保管内爬升流速不会太低，传热管和壳体均采用变径设计。采用φ6 mm*0.7 mm，长10.2 m的铜管和φ4 mm*0.5 mm，长8米的铜管焊接成一根变径管，用56根相同变径管加工绕制成一台三股流变径绕管换热器，高度为2.2米，壳体外径分别为φ219 mm和φ133 mm。同时介绍了绕管换热器的具体制作过程和加工流程，对绕管换热器的设计和加工工艺存在的问题进行了总结。 3.绕管换热器的实验研究 搭建了实验系统和测量系统，对绕管换热器进行了实验研究，得到以下实验结果: (1)实验过程中对主冷绕管换热器节流后初步获得了110K的无负荷制冷温度。达到了液化天然气温度，可用于天然气液化流程，为小型天然气液化绕管换热器的设计提供了参考。 (2)实验中绕管换热器在110K低温时的管侧压降和壳侧压降均在20 kPa左右，与设计允许压降偏差很小，说明本文对绕管换热器的设计满足压降要求。 (3)从制冷效果来看，绕管换热器设计制作还有很大的改进空间，主要问题可能存在于加工制作、混合工质与换热器匹配问题等多个方面，后续工作仍在进行。