冷表面温度低于水的三相点温度时,空气中的过冷水滴在固体温度较低的表面时会出现冻结现象,随着温度的不断降低及时间的增加会逐渐形成霜层。在低温制冷系统（空调及冷冻冷藏）、大气构件结冰（输电线覆冰）与航空等多个领域中都出现类似现象,使得传热中的热阻增加,大量的能量被无端的消耗,严重时还会影响设备的使用寿命,冻结现象对日常生活带来了很多危害的同时冻结法对雾凇等景观形成以及海水淡化等有重要的作用。因此研究影响液滴冻结的相关因素,掌握并很好的利用这门技术是非常有价值的。本文利用超声波清洗仪及液滴形状分析仪等在清除铜片表面污渍后,进行不同条件下液滴在固体表面冻结的实验规律研究;观察单个液滴在冷表面的冻结过程,建立相关数学模型,对不同底板温度,相对湿度,液滴体积等对液滴冻结时间的影响。本文主要从以下方面进行:1)从相变动力学、结晶学、传热学等相关理论下进行液滴冻结过程的相的分子空间结构变化及相变驱动力等理论阐述,进行液滴在冻结过程周围环境温度分布的模拟。2)利用DSA100液滴表面分析仪进行不同冷面温度、空气相对湿度、液滴体积等因素在液滴冻结过程的可视化研究,观察液滴在冻结过程中液滴体积及接触角等形态的变化。可以发现随着底板温度的降低,冻结时间的增加,液滴体积增大;接触角起始变化不明显,在相变的时候可以明显的观察到变化,这时相界面同样会发生变化;3)利用实验仪器自带热电偶测定仪器表面的降温速率,叠加液滴发生相变过程的图像对比,分析不同条件下液滴冻结过程中液滴温度、相变时间、固相体积分数以及所需要的过冷度的规律变化。结果发现在一定条件下,底板温度越低,液滴所需要的冻结时间越小。相变时间随湿度的增加以及体积的增大而增大。液滴内部冰相的高度在相变的起始时刻变化较快。当设定温度相对较低时,液滴冻结存在临界的过冷度。4)根据能量守恒原理,建立单个液滴冻结的模型,通过Fluent进行数值模拟研究,模拟液滴周围环境温度的降温速率,分析液滴在冻结过程中的内部温度分布,固相体积分数以及相变时间随不同设定条件的变化过程,并与实验结果进行对比。结果发现液滴内部的温度变化并不是均匀的,相变时间变化规律与实验一致,其中最大相对误差约为18%,模拟可以很好的验证实验过程。