随着电站锅炉容量的增加，炉膛结渣问题变得越来越突出。基于现有各种炉膛吹灰方式的缺点，以冰丸为发射原料的炉膛内吹灰在理论上具有其独特的热效应、动力效应和力学效应优势。本文正是以此为研究背景，提出了：水滴在一定流速的低温气流下悬浮，经过一定时间的换热最终实现冻结以制备冰丸的实验方案。着力研究可控水滴的生成以及水滴的悬浮冻结，围绕该目的开展了如下的相关研究工作。本文设计并搭建了水滴生成实验台，实验研究了不同金属的滴管管材、壁厚、滴头结构等因素对生成水滴大小的影响规律。设计并搭建了不同增阻方案对多管滴头滴水均一性影响的实验测试台，实验研究了不同增阻方案对多滴管头滴水特性的影响。在此基础上设计并搭建了一套能够出射一定粒径的可控水滴且低温下不冻结的配水系统。设计并搭建了能够实现水滴悬浮冻结的低温循环风道系统，并对其建立数学模型，计算了初始风道，安装蜂窝整流片风道及增加导流片组整流装置后的风道流场特性，对比不同流场整流改进方案对风道速度场的影响，在此基础上指导改进了实际实验方案。根据冷负荷计算结果，选配制冷系统。针对本文中的循环风道系统，对单个水滴在风道中的悬浮运行进行了理论分析和实验研究。论文采用变时间步长数值解法对水滴冻结过程中相界面的推移规律进行数学理论上的分析和描述，并将其计算结果与奇异摄动近似分析方法所得结果相比较，揭示出冻结过程中的不同影响因素，从而指导具体实验操作。本文另外以冷冻油为悬浮载体进行了水滴在低温油浴中的悬浮冻结实验，对水滴在不同悬浮载体中的冻结情况进行了探索。