水滴在运动过程中的变形现象一直是流体力学多相流领域与飞机结冰领域所关心的关键问题之一,对水滴运动过程进行理论计算与实验研究具有十分深远的意义。本文使用基于level set方法的水气大密度比多介质模拟方法对水滴的运动进行了数值研究,并在风洞中对水滴相对机翼运动的过程开展了实验。本文的主要内容如下:首先论述了水滴运动变形问题的研究背景,概述了过冷大水滴条件下飞机结冰过程的特殊性与大密度比条件下水气多介质运动问题研究的复杂性。第二章介绍了对流体界面进行捕捉的level set方法及保证level set函数为符号距离的重新初始化方法,在给出了具体的离散方法后对几种典型的界面运动问题进行了模拟。第三章建立了基于level set方法的水气大密度比多介质问题数值模拟方法,通过在水气界面引入一定宽度的物性光滑带,消除了由于水气物性差异较大所造成的非物理震荡,使用变密度投影算法对两相流场进行统一求解,把表面张力耦合进了流场的求解中,并通过引入水滴计算域与机翼计算域的概念,将此种多介质处理方法发展应用于了水滴相对机翼运动的过程中。第四章开展了水滴相对机翼运动的实验研究,使用高速摄影系统对风洞中单颗水滴的运动进行了拍摄,给出了水滴图像的处理方法,并将实验结果与第三章中数值方法的计算结果进行了比较。最后总结本文工作,给出了未来理论计算与实验研究的工作方向。