结霜是一种常见的自然现象,也是许多工业产品或工艺过程的共同特征或副产物,对制冷空调、低温工程和航天航空等领域产生很大影响。现有除霜方法如电加热融霜、热气融霜等因成本和能耗较高引起各行业的广泛关注。在抑霜领域,迫切需要一种成本低,能耗低的抑霜方法。因此,研发新型抑霜方法是具有发展前景的研究方向,对于节约能源、增加经济收益等具有重要的现实意义。本文提出一种由微机械加工的方微柱阵列金属表面作为抗结霜表面,通过实验研究了其在自然对流条件下的抑霜特性。基于可视化实验观察和分析结果,我们提出一种结霜机理以阐明方微柱阵列表面上霜晶的生长过程,并利用数值模拟程序对方微柱阵列表面近壁处的空气流动进行了模拟分析。首先,本文对方微柱阵列表面的结霜过程进行了可视化研究。结果表明,每根方微柱上发生的霜晶生长过程相对独立;冷表面温度越低霜层厚度则越大;方微柱阵列表面竖直放置时的霜层厚度远大于水平放置时的霜层厚度。其次,探究了方微柱阵列结构对结霜过程的影响。并通过实验对比分析方微柱阵列表面与平表面的霜层厚度和霜层质量,以研究方微柱阵列表面的抗结霜性能。结果表明,相同条件下方微柱阵列表面上的霜层厚度和霜层质量都小于平表面。此外,具体分析了方微柱尺寸对结霜的影响。本文最后对方微柱宽度D变动时的方微柱阵列表面凹槽内发生结霜的临界尺寸进行了研究,并归纳总结出三种霜晶生长模式。结果表明,方微柱宽度D＜0.5 mm的方微柱阵列表面顶部与凹槽都发生了结霜现象。另外,凹槽内液滴冻结成核的时间点通常早于方微柱顶部,呈现出自凹槽向方微柱顶部传播的趋势。方微柱宽度D变动时的方微柱阵列表面的三种结霜模式:方微柱宽度D较大时,结霜仅发生在方微柱顶部,凹槽内的结霜被极大的抑制;方微柱宽度D适中时,绝大多数霜晶仍在方微柱顶部生长,凹槽仅有部分区域有霜晶存在,且仍然受到了较大抑制;方微柱宽度D较小时,方微柱顶部及凹槽内都得到充分的生长。