结霜现象广泛存在于空调制冷及航空航天等领域。霜层的存在可导致换热器表面换热热阻及通道流动阻力的增加。因此，对翅片结霜机理与规律的正确认识，及对结霜形貌及特性的准确模拟，对于结霜工况下工作的换热器的设计具有重要的指导意义。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法，对复杂表面结霜进行了系统研究，主要内容如下：对带翅片冷面结霜过程进行了实验研究，实验工况为：空气入口温度2~7oC，相对湿度60%、80%，入口风速0.3~1.1m/s，冷表面温度10~19oC。结果表明：翅片区单位面积结霜量高于基板；翅片四周边缘的霜比翅片中间部分的多；对于多行多列斜翅片，最前排翅片上的霜最多，故对于结霜量大的换热器，采取前疏后密的翅片布置方式，可缓解结霜对换热器性能的影响。提出了带翅片冷面结霜质量的无量纲经验关联式，将关联式预测结果与实验值进行对比，有85%的数据落在±30%误差范围以内。针对霜层的生长和密实化过程，提出了一种全新的霜层生长预测模型，该模型基于水蒸气浓度差是结霜的驱动势而建立，并利用控制体内水蒸气浓度场和湿空气速度场的相对关系，对相间质量传递速率加入结霜判据。该模型可以很好地反映湿空气中的水蒸气向霜层表面和内部的质量传输过程，以及霜层与湿空气间的移动边界。模拟所得霜层形貌和结霜质量均与本文实验结果吻合较好。利用上述经过验证的霜层生长预测模型，对文献中局部冷却平板结霜过程进行了二维数值模拟。分析表明，霜层生长过程实际上是水蒸气浓度场和湿空气速度场协同作用的结果；随着时间的推移，霜层平均厚度和平均密度均增加，但霜层平均厚度增加速率减缓，而霜层平均密度增加速率加快。将提出的霜层生长预测模型，应用于带翅片复杂表面结霜过程的三维数值模拟中。结果表明，霜层形貌和结霜质量均与实验结果吻合较好；模型具有良好的几何适应性，反映了三维结构下带翅片冷面的结霜过程，为结霜条件下换热器的优化设计提供了重要的手段与依据。