空气源热泵是夏热冬冷地区主要的供热方式，但冬季室外换热器结霜带来了能耗增大、性能衰减等一系列的问题。表面改性技术因良好的抑霜特性成为了空气源热泵研究的重点。空气源热泵在该地区冬季制热时，室外换热器翅片表面结霜通常包括：液核形成，凝结生长，液滴冻结、霜晶生长四个过程。其中，液滴的凝结生长是结霜的基础，若能去除凝结液滴，则可从“源头”抑制结霜。本研究在表面改性技术基础上综合外加气流作用，采用可视化实验与理论分析相结合的方法，研究了超疏水表面结霜初期液滴凝结特性，揭示了表面微观结构对液滴特性的影响规律，研究了超疏水表面液滴在外加气流作用下的形态特征，获得了表面特性、液滴特性对气流作用下液滴脱除的影响规律，阐明了超疏水表面强化脱除、抑制结霜的机理与规律，为高效抑霜技术的探索提供新的途径。具体工作内容如下：
　　构建了超疏水表面结霜初期凝结阶段液滴的合并、脱除模型，揭示了超疏水表面结霜初期液滴凝结阶段合并脱除过程的机理和影响规律。通过表面多液滴合并脱除过程能量分析，揭示出表面黏附功占比，接触角、固-液接触系数为液滴合并脱除过程的重要影响因素。研究并获得了表面特性参数、液滴数量、液滴尺寸均匀性对液滴合并脱除过程的影响规律：翅片表面接触角为160°以上时，液滴数量及均匀性差异对液滴合并脱除过程影响较小；增大表面接触角、减小固-液接触系数有助于促进液滴合并脱除过程的发生；当表面接触角大于140°时，液滴脱除初始速度受到固-液接触系数的影响较小。
　　研究了表面微观结构、固-液接触系数及接触角之间的定量关系，通过制备具有规则沟槽结构的表面及可视化实验，获取了规则沟槽表面液滴形态特征、接触角及接触角滞后大小。构建了规则沟槽表面液滴接触角模型，揭示了表面微观结构、固-液接触系数对接触角及接触角滞后的影响规律。在单液滴脱除表面的能量模型中引入接触角模型，研究并揭示出了线张力大小对液滴脱除过程的影响规律，结果表明线张力每增加 1μJ/m，液滴脱除能耗减小14.71%。
　　提出利用外加气流作用强化超疏水表面液滴脱除方法，研究并揭示了表面特性、液滴特性对气流作用下液滴脱除过程的影响规律与机理。在“两圆法”的基础上，构建了外加气流作用下表面液滴滑动脱除、滚动脱除的理论模型。基于模型与可视化实验研究并获得了外加气流作用下液滴的形变特征及脱除的临界风速。结果表明，当表面接触角为150° ± 5°，接触角滞后为2° ± 0.5°时，平均临界脱除风速可低至3m/s。提出了接触角滞后系数指标，揭示了接触角滞后系数对气流作用下液滴脱除临界条件和脱除模式的影响规律。
　　超疏水表面因其所具有的强疏水特性促进了表面凝结液滴合并、自发弹跳脱除过程，从而实现了表面部分凝结液滴的脱除，通过设计表面结构提升线张力，可进一步强化自发脱除过程，减少表面凝结液滴数量。在此基础上通过外加气流作用综合强化液滴的脱除，可大幅提高抑霜效果。