液滴撞击现象广泛应用于工农业中,如喷墨打印、喷淋冷却以及农药喷洒等。其中复杂的应用环境使液滴撞击现象呈现多样的变化,所以研究液滴撞击壁面过程不仅可以完善自由界面气液两相流动特性及传热理论体系,而且可以作为重要的理论基础供实际工程应用研究。首先,使用高速摄影仪对液滴撞击壁面的过程进行观测,系统研究了撞击速度、壁面接触角、甘油溶液以及表面活性剂浓度对撞击过程的影响。实验结果表明,液滴撞击壁面经历撞击前、铺展、回弹以及振荡稳定四个阶段;其中受撞击速度和表面活性剂浓度的影响液滴铺展宽度随二者的增加而增大,而随甘油溶液浓度和接触角的增加而减小;液滴回弹高度随接触角的增加而增大,但随甘油溶液和表面活性剂的浓度增加而减小,特别需要指出,仅在第一周期内回弹高度随速度的增加而降低。其次,采用耦合水平集和流体体积法（CLSVOF）对液滴撞壁过程进行模拟,深入考察了上述实验因素及液滴直径对撞击过程的影响规律。模拟结果显示,液滴撞壁过程同样经历上述四个阶段,但是在振荡稳定阶段,铺展宽度的振幅更加明显;液滴的铺展宽度及其振荡周期随直径和表面活性剂浓度的增加而增大,随甘油浓度和壁面接触角的增加而减小,而铺展宽度随速度的增加只在铺展阶段有逐渐增大的规律;此外,接触角和甘油溶液浓度的增加对回弹高度的影响与实验结果一致,液滴直径的增加而回弹高度明显提高,然而增大表面活性剂浓度仅增加回弹振荡周期;最后,提出了一个最大铺展系数预测方程,其预测值与模拟结果吻合良好。最后,使用CLSVOF法对热壁面上液滴撞击过程进行了模拟,进一步探究了液滴初始速度、直径、黏度、表面张力以及壁面温度和接触角对液-壁传热特征的影响。结果表明,壁面局部热流密度和平均热流密度的变化主要受液滴铺展范围和液-壁温差两方面的作用。一方面,提升壁面温度会增大液-壁温差,使壁面局部和平均热流密度增加;另一方面,增大液滴速度、直径和表面活性剂浓度能改善换热面积,所以导致壁面局部热流和平均热流升高;而增加液滴黏度和接触角反而会减小换热面积,从而使壁面热流密度降低。