空气源热泵是一种节能环保的供暖方式,与燃煤、电热等传统供暖方式相比,具有更高的一次能源利用率,同时具有冷热兼顾、初投资少及使用方便等优点。然而,空气源热泵冬季制热时存在室外机结霜并由此导致系统性能衰减等一系列问题。空气源热泵的抑霜/除霜方法研究成为空气源热泵技术研究的重要课题。本文基于超疏水表面抑霜技术路线,采用可视化实验与理论分析相结合的研究方法,揭示超疏水翅片表面结霜过程初期液滴凝结、液滴冻结等阶段细微观特征,获得超疏水翅片表面结霜特性与抑霜机理,并在此基础上初步探索超疏水翅片表面结构对结霜过程的影响机制,为高效抑霜超疏水翅片表面的设计提供研究基础。具体工作内容如下:针对超疏水翅片表面上结霜过程的凝结成核阶段,构建出凝结成核能障模型,利用凝结成核能障的大小评估凝结成核的难易程度,揭示凝结成核难易程度受表面能和表面结构影响的规律,预测超疏水表面上优先成核位置。通过研究不同表面结构上的凝结成核能障,提出了抗凝超疏水翅片表面结构优化设计设想。针对超疏水翅片表面上结霜过程的凝结液滴生长阶段,开展单一翅片可视化实验研究,获取了超疏水翅片表面上凝结液滴形态、生长、分布等特性,并与其他翅片表面进行对比分析。通过分析翅片表面凝结液滴覆盖率与凝结液滴平均半径,评估超疏水翅片表面抗凝效果,可为超疏水翅片表面结霜过程后续阶段的研究提供实验数据支持。针对超疏水翅片表面上结霜过程的冻结阶段,开展了单个液滴在超疏水翅片表面冻结过程的可视化实验,揭示了超疏水翅片表面液滴冻结过程细微观特征及表面特性和表面温度对液滴冻结时间的影响规律。通过构建液滴冻结过程的传热传质模型,预测出液滴冻结所需时间,获得了表面特性对单个液滴传热传质的影响规律,从而揭示超疏水翅片表面抑制液滴冻结的机理。针对超疏水翅片表面结霜过程中液滴冻结初期“冰桥”导致冻结行为传递的现象,建立液滴与冻结液滴之间的传质模型,揭示了超疏水翅片表面液滴冻结初期冻结行为传递的机制。立足于“冰桥”形成过程的本质,探究了形成“冰桥”的条件,研究了表面特性及表面温度对“冰桥”形成速度的影响规律。通过探究影响冻结行为传递的主要因素,阐明超疏水翅片表面凝结液滴半径小、分布稀疏是延缓冻结行为传递和推迟霜晶生长的关键。以超疏水翅片表面结霜过程初期阶段凝结与冻结特性的研究为基础,加入微观视角研究了超疏水翅片表面结构对结霜过程各阶段的作用机理。构建了具有沟槽微结构的超疏水表面,通过可视化实验研究,获得微沟槽超疏水表面上结霜过程各阶段的细微观特征,揭示了表面微结构影响超疏水翅片表面结霜过程的凝结阶段、冻结阶段、霜晶生长阶段的机理,并对比分析了结霜时间与表面温度对微沟槽超疏水表面与普通超疏水表面上的霜层特性的影响。通过揭示超疏水翅片表面结构对结霜过程各阶段的作用机理,为超疏水表面结构优化进行了初步探索。