当空气源热泵系统室外盘管表面温度低于0℃且低于露点温度时,室外盘管表面会发生较为严重的结霜问题。霜层的存在极大的恶化了空气源热泵系统的运行性能,降低其能源利用效率,减少其供热量。为了减轻结霜对空气源热泵系统运行所产生的不利影响,相关学者分别对空气源热泵系统的结霜机理和特性、抑霜方法、除霜方法以及系统在结霜和除霜过程中的运行特性展开了大量研究。其中,管翅式换热器作为空气源热泵系统最常规的室外盘管结构之一,其结霜机理和特性也成为本领域的研究重点。基于国内外研究现状可知,虽然管翅式换热器结霜特性的研究已取得一定的成果,但针对其霜层分布及生长特性的研究并不充分,这也将是本课题的主要研究内容。为了实现本课题的研究目标,首先设计并搭建了管翅式换热器霜层分布及生长特性实验研究平台,该平台主要由以下四个部分构成:第一部分为基于并联管路流量分配特性而设计的流量、温度（压力）可调节的R410A制冷剂供应系统,能够提供-15～5℃用于结霜的两相R410A制冷剂或者50℃以上用于除霜的过热R410A制冷剂;第二部分为结霜环境模拟室,能够提供干球温度为-5～20℃,相对湿度为40～95%范围内的湿空气;第三部分为风箱系统,能够有效调节流过管翅式换热器的空气流量并确保空气分布均匀;第四部分为可视化系统,能够在整个结霜周期内对管翅式换热器整体和局部区域的霜层进行观测,并借助图像二值化技术对其进行定量分析。其次,对两种不同翅片间距的管翅式换热器在典型结霜工况下的霜层分布及生长特性开展了实验研究。基于可视化结果对管翅式换热器不同区域的霜层进行命名并重点研究了霜层沿空气流动方向的不均匀分布及其生长特性。结果表明,管翅式换热器上的霜层不仅生长在翅片和铜管（翅片管）表面,还有一部分生长在迎风侧的翅片末端。翅片管表面的霜层沿气流方向呈不均匀分布,背风侧铜管表面和与铜管等高的背风侧翅片表面几乎观察不到霜层生长。迎风侧翅片末端的霜层不仅沿气流反方向生长,而且沿铜管长度方向双向生长。对2mm翅片间距的管翅式换热器来说,其迎风侧翅片末端霜量占总霜量的比例为13.7%（60分钟结霜周期）。而对于3.2mm翅片间距的管翅式换热器来说,该比例为12.5%（120分钟结霜周期）。再次,实验研究了空气温度、相对湿度和初始迎面风速对两种不同翅片间距的管翅式换热器不同区域的霜层形貌、霜层厚度、霜层质量、霜层平均密度以及其整体结霜率和空气侧性能的影响。结果表明,在给定环境参数范围内:迎风侧翅片末端霜层外延厚度和迎风侧翅片末端霜量与总霜量的比值均随着空气温度和相对湿度的增加而增大,随着初始迎面风速的增加而减少,且空气相对湿度是迎风侧翅片末端霜量与总霜量比值的主要影响因素;迎风侧翅片末端霜层平均密度随空气相对湿度的增加而增大,而受空气温度和初始迎面风速的影响很小;翅片管表面霜层平均密度随着空气相对湿度的增加而减小,随着初始迎面风速的增加而增大,而受空气温度的影响很小。此外,实验研究了定风量和定风机转速两种风机控制模式对管翅式换热器不同区域的霜层形貌、霜层厚度、霜层质量、霜层平均密度以及其整体结霜率和空气侧性能的影响。结果表明,与定风机转速模式相比,定风量模式会导致背风侧翅片出口段的霜层更加紧凑和均匀,加速霜层在翅片管表面的生长而抑制霜层在迎风侧翅片末端的生长。在定风量模式下,管翅式换热器在60分钟的结霜实验后,其迎风侧翅片末端霜层外延厚度和迎风侧翅片入口段霜层厚度分别比定风机转速风机控制方式减小了7.9%和11.1%。与之相反,换热器总霜量和翅片管表面的平均霜层密度则分别增大了6.7%和16.7%。最后,基于实验研究中管翅式换热器的霜层分布特性,提出了新的管翅式换热器霜层生长模型,并通过实验数据对其进行了验证。该模型由迎风侧翅片末端霜层生长子模型和翅片管表面霜层生长子模型构成,前者可以预测管翅式换热器迎风侧翅片末端的霜层生长特性,后者可以预测其翅片管表面的霜层生长特性。除此之外,本章提出的模型还能够精准预测管翅式换热器在结霜工况下的空气侧换热性能。本文的研究成果有助于进一步揭示管翅式换热器的结霜机理和特性,且文中的实验结果可为有关管翅式换热器霜层生长的数值研究提供必要的数据,同时也为空气源热泵系统延缓结霜方法的设计和除霜控制策略的制定提供理论依据,从而提高该系统在结霜工况下的运行性能,促进空气源热泵系统在结霜区域的推广应用。本论文为国家自然科学基金项目“太阳能辅助空气源热泵对流型相变蓄能系统创新及运行规律研究”（№51878209）的部分内容。