本申请涉及水滴结冰及防冰技术领域，特别是涉及一种水滴结冰可视化实验装置及其应用。目前水滴悬浮同相结冰的观测也受结霜、温度限制而无法开展。本申请提供了一种水滴结冰可视化实验装置，包括舱门，所述舱门与壳体连接，所述壳体内设置有温度调节组件，所述壳体内设置有悬浮液滴发生组件和液滴发生器，所述液滴发生器与所述悬浮液滴发生组件配合使用；所述舱门上设置有观察窗，所述观察窗与抽真空组件连接，所述舱门与所述壳体能够密封连接。可实现水滴在不同温度的氮气环境中的悬浮冻结过程观测，可改变水滴尺寸、水滴悬浮位置及冷腔内部温度，通过实验获得水滴悬浮结冰过程。