结霜现象广泛存在于制冷、低温储存、空调热泵以及航空航天等领域。霜层的存在会给系统的运行带来严重的危害,如换热器表面的霜层会增加传热热阻,堵塞空气流通,降低传热效率。为了保证系统和设备的正常运行,必须定期清除沉积在换热表面上的霜层,这不仅降低了系统换热效率,还需要消耗大量的能量。因此,研究霜层生长的机理,探索有效的抑霜除霜方法一直受到国内外学者的关注。本文综合应用相变动力学、传热学、热力学、表面化学等相关理论,系统研究了表面特性对结霜过程的影响,主要包括以下几个方面的内容:对水蒸气在冷壁面上的凝结成核过程进行了系统的理论分析,给出了考虑表面接触角影响的成核中心密度、液滴生长速率和分布密度方程。计算结果表明,接触角和壁面过冷度对成核中心密度有直接的影响,而Rose公式只能反映接触角在30～90°之间的冷表面成核中心密度,其计算结果在我们计算结果的范围内。接触角对液滴的生长速率和液滴合并前的数分布密度都有明显的影响,液滴发生合并后,数分布密度与接触角的大小无关,是液滴尺寸的单值函数。对冷表面上单个水滴的冻结过程进行了详尽观察,分析了接触角、环境条件及水滴体积对水滴冻结时间的影响。结果发现,冷表面接触角越大,水滴冻结时间越长。不论冷表面接触角的大小,水滴冻结之后在顶端都会形成一个类似桃子尖的凸起,霜晶首先在冻结水滴的凸起处出现,接触角越大,霜晶的枝晶生长越强烈,生长速度越快。水滴冻结时间随冷表面温度和相对湿度的增大而增加。冷表面温度越低,相对湿度越大,水滴冻结后其顶端越容易出现树枝状霜晶生长。最后,建立了冷表面上水滴冻结时长的预测模型,分析了接触角、环境条件及水滴体积对冻结时长的影响,模型预测结果与实验结果基本一致。对不同特性冷表面上的初始霜晶生长过程进行了系统深入的研究,观察了不同接触角冷表面上的液滴形成、水珠冻结以及初始霜晶的生长过程。通过对接触角从11°到156.2°范围内不同表面上初始霜晶生长的观察,得到了霜晶生长随接触角变化的规律:对于接触角小于90°的亲水表面,接触角越大,冷表面上凝结形成的水珠分布越密集,粒径越小;水珠冻结时间随接触角的增大略有增加。但在霜晶生长后期,接触角对霜晶的形态和分布没有明显的影响。对于接触角大于90°的疏水表面,接触角越大,冷表面上凝结形成的水珠分布越稀疏,粒径越大,水珠冻结时间随接触角的增大迅速增加。通过对超疏水表面与普通铜片表面上初始霜晶成长过程的对比发现,在相同的实验条件下超疏水表面上水珠冻结时间比普通铜片表面晚34分钟,形成的霜晶稀疏,说明超疏水表面可以在一定程度上延迟初始霜晶的出现。搭建了受迫对流低温环境结霜实验台,对低温环境受迫对流条件下水平铜板表面上的水珠冻结过程和霜晶生长规律进行了实验研究。该实验台能够提供更符合实际制冷设备的结霜工况:环境温度可以从-15°C到室温之间设定,冷板表面温度最低可以达到-30°C。通过对低温环境受迫对流条件下水平铜板表面上的结霜研究,得到了水珠冻结时间和霜厚随环境参数的变化规律,实验结果丰富了人们对受迫对流条件尤其是低温环境下冷表面上霜晶生长规律的认识。测试了强吸水涂层在自然对流条件下竖直冷板和实际制冷设备(换热器、冰箱、冷库)上的抑霜效果。通过强吸水涂层的室内抑霜实验研究,得到了涂层在不同工况下的抑霜效果,验证了涂层良好的耐水性和重复抑霜性。为了探索强吸水性涂层在实际制冷设备上的抑霜效果,将强吸水涂料应用在换热器、冰箱和冷库上。实验证实,涂层换热器能够有效延长除霜时间,在整个实验过程中涂层换热器翅片上没有出现霜晶;冰箱运行5个月后,涂层表面只有少量的霜晶分布,且融霜时间明显缩短。强吸水涂层应用在冷库蒸发器排管时,在实验初期具有较好的抑霜效果,由于配制涂层所用的母料不能满足要求,后期抑霜能力有所下降。