随着全球能源结构调整,可再生能源和天然气在能源系统所占比重将大幅提高,超低温阀门作为液化天然气输送系统中的主要控制设备,其可靠性对于LNG全产业链至关重要。本文针对超低温阀门隔离滴盘表面结冰引起阀门失效的问题,分析了隔离滴盘结冰现象的成型机理,以减少隔离滴盘表面冷凝液堆积为研究目标,提出了隔离滴盘结构优化方案,分为两方面进行研究:微观的隔离滴盘壁面接触角和宏观的隔离滴盘倾斜角。基于Young-Laplace方程和亥姆霍兹自由能对冷凝过程最优壁面接触角进行了理论推导,得出壁面接触角θ=120°时临界半径最小;壁面接触角θ=111°时临界体积最小;壁面接触角θ=119°时临界面体比最大。理论分析了壁面接触角对相变能量壁垒的影响,得出壁面接触角越大相变能量壁垒越高。在90°≤θ≤180°范围内,当壁面接触角θ=120°时相变能量壁垒最低。基于VOF模型通过数值模拟分析了壁面接触角对冷凝传热过程的影响,模拟结果表明在壁面接触角为110°≤θ≤120°时,冷凝水量较高,且在θ=120°时,冷凝水量最高。与理论结果吻合。对几种主流的超疏水表面制备方法的优缺点及适用环境进行了分析。壁面接触角为110°≤θ≤120°属于疏水表面,技术上容易实现。考虑经济因素和效率因素后得出适合隔离滴盘表面改性的工业方法为模板法和电化学沉积法。倾斜角的研究分为单相对流换热过程和相变对流换热过程两种工况,研究方法为理论研究和数值模拟相结合。研究结果表明:在单相对流换热过程中,逐渐增大隔离滴盘倾斜角度,换热面积增大,换热量增加,与理论结果吻合;在相变对流换热过程中,逐渐增加倾斜角度,倾斜角超过20°后,冷凝水量增加,换热效果得到强化,与理论结果吻合。综合考虑隔离滴盘的换热性能、结构优化的经济性、表面改性的技术难度和冷凝液的脱落效果,最适合隔离滴盘的优化方案是壁面接触角θ=120°,宏观倾斜角为20°。