结霜是自然界和工程领域常见的现象。在工程应用中,结霜会增大换热表面的传热热阻,造成制冷系统的COP下降,对风力发电、光伏发电、输电线缆等基建设施的正常运转造成较大影响;在航空航天领域,结霜会造成飞行器安全性降低,影响卫星太阳能板的正常运行以及空间站组合的正常操作,对飞行器以及航天员的生命财产安全造成非常大的安全隐患。传统融霜技术在特殊情况下操作困难,而且会导致系统的稳定性大大降低,造成大量的能源损耗,所以研究开发有效可行的抑霜方法具有重要意义。目前的研究都集中在表面润湿性对结霜过程的影响,而结霜特性不仅受表面接触角的影响,表面结构和外场也是影响结霜过程的重要因素。抑霜研究不能仅局限于常规结霜工况,结霜多发生在超低温和高湿度等极端环境工况下,所以有必要对表面特性和施加外场的抑霜效果受环境工况的影响进行研究。本文以霜层物性为研究对象,用微观可视化方法,研究了磁场强度、表面润湿性、表面结构对结霜过程的影响,具体研究内容如下:1.研究了在不同冷表面温度（Tw=-10℃、-20℃、-35℃）,环境相对湿度（RH=65%、RH=75%、RH=90%）条件下,3种润湿性表面（接触角CA=48°,CA=76°,CA=133°）在不同磁场强度（B=0Gs,B=180Gs,B=380Gs）下的结霜过程。搭建了微观可视化观测实验平台,利用图像二值化数据处理方式,分析了磁场强度和表面润湿性对凝结水珠粒径、液滴结晶时间、液滴和霜晶覆盖率、霜晶形态、霜层厚度和密度等霜晶特性的作用机理,获得了结霜特性随磁场强度和表面接触角的变化规律。结果表明:在Tw=-20℃,RH=65%工况下,相比普通裸铝表面,磁场作用下,疏水性表面上的凝结水珠粒径减小30%左右,结晶时间延长350s以上,凝结水珠的分布更加稀疏;霜层厚度和霜晶密度随着磁场强度和接触角的增大而减小。2.分析了不同冷表面温度和环境湿度下,结霜进程变化、疏水表面和磁场的抑霜效果受环境工况的影响规律。实验结果表明:随着冷表面温度的降低和空气相对湿度的增大,结霜前期水珠生长合并阶段缩短,结霜速率加快,霜晶覆盖率增大,霜层厚度增高,结霜沉积量增大,结霜密度随着冷表面温度的降低和环境湿度的增大而增大;Tw的降低和RH的增大导致外加磁场和表面润湿性对结霜过程的影响减弱,由于在低温高湿工况下相变驱动势增大,水珠在直径较小时容易在表面微纳结构间隙里冷凝冻结,导致疏水效果变差;磁场的磁化效果体现在破坏液态水的氢键,结霜前期的液滴凝结阶段缩短导致磁场磁化时间减小,磁场对结霜过程的影响大大减弱;Tw和空气RH对疏水表面抑霜效果的影响要大于对磁场抑霜效果的影响,且抑霜效果受环境工况的影响程度随着表面接触角和磁场强度的增大而增大。3.研究了微纳复合结构表面的结霜过程,对比了微纳复合结构表面与润湿性表面的结霜状态以及融霜特性。采用精密机械加工与化学刻蚀相结合的方法制备了2种平行微槽结构铝表面（机械凹槽表面、3级微纳复合结构表面）。比较了在不同环境工况下3级微纳复合结构表面与亲水表面、裸铝表面、疏水表面和机械凹槽表面的结霜特性,并考察了自然工况下冷表面的融霜特性以及融霜水的排水性能。实验结果表明:3级微纳复合结构表面具有明显的抑制结霜效果和优良的除霜排水效果;通过结霜和除霜循环的实验结果发现,3级微纳复合结构表面在5次结霜融霜循环后仍能保持较低的霜晶密度,验证了微纳复合结构表面具有较稳定的耐久性。