在自清洁、强化传热、喷雾冷却、微流控、防结冰等工业领域中,液滴撞击固体表面是较为常见的物理过程,该过程受到撞击条件、表面润湿性以及周围环境等因素的影响。在低温环境中液滴撞击固体表面时很容易发生结冰,结冰现象是能源动力、交通运输、电力通讯、航空航天等防结冰领域正在面临的严峻问题。自荷叶效应发现以来,超疏水表面因其强烈的拒水性而备受关注,能否利用超疏水表面抑制撞击液滴结冰是近年来的研究热点。但针对超疏水表面防结冰性能的研究主要集中在延缓冰晶成核过程和降低冰层黏附强度两个方面,促进液滴在结冰前从表面反弹的研究相对较少,因此基于超疏水表面促进撞击液滴反弹的思路,本文首先对液滴撞击超疏水冷表面的动力学行为开展了实验研究。同时研究者们发现常温实验中宏观结构可以大幅减少液滴与表面的接触时间,因此本文也通过实验验证了具有宏观结构的超疏水表面在低温条件下的防结冰效果,并且发现宏观结构在一定的撞击条件下还具有减少液滴堆积的作用。而减少液滴堆积在防结冰、相变储能、强化传热等领域也有着重要的研究价值,因此本文通过数值模拟设计了楔形化学非均匀表面用于精确操控撞击液滴定向反弹的研究。本文的主要研究内容包括三个部分:（1）研究了表面温度和撞击条件对液滴撞击超疏水冷表面的动力学行为的影响,与液滴撞击常温超疏水表面的动力学过程不同,液滴在冷表面上会出现完全黏附、部分黏附、部分反弹以及完全反弹等多种产物相,基于不同撞击条件和表面温度下对应的产物相,构建了简易的超疏水冷表面的撞击相图;（2）设计了与液滴直径相当的三角脊超疏水表面,研究了不同表面温度和撞击条件时,液滴撞击三角脊冷表面的动力学行为及产物相,与同等实验条件下液滴撞击超疏水平表面的动力学过程对比,验证了三角脊超疏水表面在低温条件下的防结冰效果;（3）研究了液滴撞击楔形化学非均匀表面的动力学过程,分析了操控液滴定向反弹的力学机制,同时研究了楔形顶角、表面润湿性以及撞击条件对操控液滴定向反弹的影响,并且通过不同的特征参数进行了定量分析。综上所述,本文通过实验研究了低温条件下液滴撞击超疏水平表面和三角脊超疏水表面的动力学行为,验证了超疏水冷表面的防结冰性能,为抑制撞击液滴结冰的研究提供了实验基础和理论指导;同时本文分析了楔形顶角、表面润湿性以及撞击条件对精确操控液滴定向反弹的影响,因此也为利用化学非均匀表面操控液滴定向反弹的研究提供了理论基础和技术支撑。