结冰引起的附着和积累现象影响人们的生产和生活,造成经济损失甚至是人身安全事故。本文基于相变膨胀释能现象提出一种防结冰方法,进行方案设计,指出研究思路的理论来源并提出具体研究思路及技术路线。利用不同液体的相变时差,通过约束接触边界的方法来加强结冰相变所产生的膨胀力。试验观察冷表面上和冷环境中的水结冰相变规律及膨胀形变效应,分析水结冰相变过程的对外特性。制备了基于相变膨胀释能的防结冰覆膜模型,并进行性能试验。对防结冰覆膜模型进行优化分析及验证试验。本文的主要工作和结论如下。(1)本文针对冷表面上和冷环境中的水结冰相变现象进行试验研究,包括结冰过程中水滴形态变化规律、水滴内温度变化规律、相变时长特性、体积膨胀特性。试验采用观察和测量计算的方法,揭示水结冰相变过程的对外特性。研究发现,结冰过程中,水滴形态先后为清晰原始状态、浑浊的过冷状态、冰界面形成、冰界面上移、水滴顶部出现凸起、直至相变完成。水滴内温度先后经历快速降温、平稳过冷、温度骤然升高又快速下降、逐渐平稳阶段。结冰相变时长受水滴尺寸影响,水滴尺寸越大,结冰相变时间越长。溶液结冰体积膨胀显著,且体积膨胀主要发生在相变阶段。(2)基于相变膨胀释能制备一种防结冰覆膜模型,用模型验证基于相变膨胀释能的防结冰方法的可行性,研究覆膜模型对结冰切向粘附强度的影响效果。以结冰切向力为指标进行结冰、除冰测试,分析低冰点溶液浓度对结冰切向力的影响,观察结冰后的覆膜模型表面和冰界面的形态。研究发现防结冰覆膜模型的结冰切向粘附强度明显低于未经处理的样件,低冰点溶液浓度越低,降低结冰切向粘附强度的效果越好。凹坑内填充低冰点溶液的防结冰覆膜模型结冰后,其冰界面呈现无规则凹凸不平结构,且中心处凹陷最大。(3)以结冰切向力为测试指标,通过试验优化和测试手段来研究最优防结冰覆膜模型,进行方差分析、最优覆膜模型验证、模拟实际自然环境结冰测试。研究发现,降低结冰切向力的影响主次因素为低冰点溶液浓度>凹坑深度>凹坑直径。当乙醇溶液浓度为6%,凹坑直径为22mm,凹坑深度为4.7mm时,防结冰覆膜模型最优,降低结冰切向粘附强度的效果最好。应用最优防结冰覆膜模型后,对于0.08g/m L杂质含量的水,可降低结冰切向粘附强度达56.36%。杂质含量越少,覆膜模型降低结冰切向粘附强度的效果越好。