结霜现象广泛存在于制冷和低温设备的运行过程中,对其稳定工作造成不同程度的危害。除霜并不能从根本上解决问题,且现有的除霜方法都是以大量能耗为代价的。要从根本上解决该问题,就必须从霜层生长的机理出发,研究抑制结霜的方法。本文针对不同表面霜层的生长进行了实验研究及理论分析,在此基础上建立了霜层生长的模拟与预测模型。通过改变物体表面特性来改变霜层生长的规律,研究抑制霜层生长的方法。论文对不同表面结霜的初始形态进行了显微观测,并采用吸附理论及布朗凝并的机理对结霜初期空气中的水分子的凝结-凝固过程进行了理论分析。研究表明疏水性表面上液滴凝并的速度随相对湿度、环境温度的增大而加快,而随冷表面温度的降低而变快。增大接触角有利于加快液滴的凝并,延缓液滴冻结的时间。并根据实验结果,得到了疏水性表面上液滴开始凝固的时间与其影响因素之间的关联式:在不同的环境温度、相对湿度和冷表面温度下,对疏水性涂层和无涂层表面霜层的生长进行了对比实验研究,测量了两种表面上霜层高度和霜沉积量随时间的变化关系。并从成核驱动力、成核势垒等方面对疏水性表面抑制结霜的机理进行了理论分析。研究表明疏水性涂层表面有较好的抑霜效果,能够延缓霜晶出现的时间,且使得结霜量减少;涂层厚度对结霜影响不大,为了减小涂层对金属表面换热的影响,疏水性涂层应该越薄越好。通过理论分析和对实验数据归纳,得到了结霜初期不同表面霜层高度与其影响因素之间的关联式:对吸水性涂层抑制结霜的效果进行了实验研究及理论分析,表明涂抹吸水性涂层后结霜时间推迟,结霜量以及霜层高度都较普通表面要少,且增加涂层的厚度有利于增强抑制结霜的效果。通过对不同涂层的抑霜机理及抑霜能力的对比,发现在低温低湿的工况下,吸水性表面抑制结霜效果更明显,而在高温高湿的工况宜采用疏水性涂层来抑制霜层的生长。论文采用层固含率和列固含率的方法对不同表面上霜晶的分布进行了分析,发现对表面改性后不仅使结霜量大大减少了,还使得霜晶分布稀疏,结霜初期呈翅片状,初期霜晶的分布还延缓了后期霜层的继续生长;吸水性涂层上形成的霜层还具有霜柱中霜晶分布不均匀的特点,成倒立状,与表面接触面较小,易于脱落。在实验研究的基础上,论文从理论上给出了生长概率随其影响因素之间的变化规律。结合一维随机生长模型,并通过概率统计的方法,得到了模型中水分子在底表面和空间成核概率的表达式:通过对成核概率参数的控制,得到了霜层生长的模拟模型。从层固含率随霜层高度变化的对比可以看出,模拟结果与实际结霜情况基本吻合,能够直观地模拟不同工况、不同表面在不同时刻的结霜情况,还可以从模拟出来的图像中获取霜层高度、霜沉积量和霜层密度等信息,在工程应用中有较好的实用价值。在对霜层生长进行模拟的基础上,对模型进行修改,得到了霜层生长的预测模型,经验证此模型能对不同表面在不同工况下的结霜过程进行预测,预测结果与实验吻合较好。