凝露结霜是一种广泛存在的自然现象,带来诸多不利影响。冷表面上微小液滴冻结过程是后续霜晶生长的基础,液滴冻结过程对应于霜晶体的成核期,故而研究微小液滴在冷表面上的冻结行为可为高效除霜抑霜奠定基础。然而目前的研究重点皆为纯水液滴,对于二元稀溶液液滴的研究较少,因此有必要在分析纯水液滴冻结特性的基础上,针对不同添加剂二元稀溶液液滴冻结特性开展研究。本论文将实验与模拟结合,分析不同二元稀溶液液滴冻结现象,形变及温度分布,并研究表面接触角,冷表面温度,过冷度及溶液浓度对液滴冻结特性的影响,主要工作如下:首先,本文搭建了冷表面液滴冻结过程变化规律及温度分布规律制冷显微试验观测实验台,采用CCD高速相机对不同接触角冷表面上不同添加剂二元稀溶液液滴冻结动态演化全过程进行可视化实验研究及对比实验观测,分析相同工况条件下不同液滴相变过程中的形变规律,并采用红外相机同步记录液滴冻结过程中的温度分布情况。结果表明:纯水液滴冻结完成后顶部出现明显的桃状尖顶;尿素溶液液滴冻结过程中无明显形变发生;而乙醇溶液液滴冻结过程中形变规律却比较特殊,冷表面接触角及溶液浓度均对乙醇溶液液滴冻结过程中形变规律拥有较大的影响,接触角越大,溶液浓度越低,形变越明显,对多种影响因素综合分析后发现仅当较低浓度乙醇液滴被置于较大接触角疏水冷表面时才会发生明显的形变现象。整个液滴冻结过程中,液滴边缘温度始终高于液滴内部温度,且液滴边缘温度在273 K以下时趋于均匀。其次,利用数值模拟的方式分析不同表面接触角,冷表面温度,过冷度及溶液浓度对溶液液滴冻结特性的影响。结果表明:表面接触角越大,冷表面温度越高,过冷度越小,溶液浓度越高,完全冻结时间越长,越利于抑霜除霜。且冷表面温度越高,表面接触角越大,尿素溶液浓度对液滴完全冻结时间的影响越大;但是在过冷度一定的条件下,尿素溶液浓度对液滴完全冻结时间的影响很小,甚至可以忽略。