相变热

工程技术术语

相变热（heat of phase transition）定量物体在一定的温度下由一个相转变为另一个相时吸收或放出的热。主要有蒸发热（由液相变为气相时的相变热）、熔化热（由固相变为液相时的相变热）、升华热（由固相直接变为气相时的相变热）三种。

相变

物质从一种相转变为另一种相的过程。物质系统中物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。与固、液、气三态对应，物质有固相、液相、气相。

相变是很普遍的物理过程，它广泛涉及到生产及科技工作。在物质形态的互相转换过程中必然要有热量的吸入或放出。物质三种状态的主要区别在于它们分子间的距离，分子间相互作用力的大小，和热运动的方式不同。因此在适当的条件下，物体能从一种状态转变为另一种状态。其转换过程是从量变到质变。例如，物质从固态转变为液态的过程中，固态物质不断吸收热量，温度逐渐升高，这是量变的过程；当温度升高到一定程度，即达到熔点时，再继续供给热量，固态就开始向液态转变，这时就发生了质的变化。虽然继续供热，但温度并不升高，而是固液并存，直至完全熔解。

分类

相变热（phase change heat）指物质在相变化过程中吸收或释放的热量，主要有：（1）蒸发热，由液相变为气相时的相变热；（2）熔化热，由固相变为液相时的相变热；（3）升华热，由固相直接变为气相时的相变热。在化工中，蒸发热最常用。

计算公式

蒸发热的计算

计算蒸发热常用里德尔式：

式中，△H为正常沸点下的蒸发热；R为摩尔气体常数；和分别为正常沸点和临界温度，T为被测定的温度；为临界压力()。此式预测误差不大于2%。

计算蒸发热还常用沃森式：

式中下标1和2分别表示两个不同温度。此式用于从某一温度下的蒸发热计算另一温度下的蒸发热。

熔化热的计算

熔化热不但取决于温度，还同固相的晶形有关，因而缺乏通用的计算方法。对于单原子物质，可用下式估算：

式中，为熔化热；为正常熔点；R为摩尔气体常数。

升华热的计算

升华热一般可以看作是熔化热与蒸发热之和。

测定方法

(1)直接量热。例如在等压（压力等于饱和蒸气压）下测定一定量液体蒸发所需的能量，算出蒸发热。

(2)先测量不同温度下的饱和蒸气压；然后用克劳修斯－克拉珀龙方程计算蒸发热。许多物质的相变热数据刊在有关手册中，也可用经验式计算。其中蒸发热数据已较完备，经验式的精度也较高。

应用

相变热图

相变热图是用喷涂在模型表面具有固定融熔温度（即相变温度）的相变涂料来显示模型的壁面温度的一项试验技术。

相变涂料在未熔化前呈白色不透明晶体，将它稀释后均匀地喷涂在用黑色衬底（为了加大反差）绝热材料制成的模型表面上。当热空气流过模型表面时，热传导使模型表面温度逐渐升高，到达相变温度后发生相变，涂料变成无色透明的液体，露出模型底色，未相变区域和己相变区域之间黑白颜色的对比就形成一条清晰的相变线。在相变线上，由于涂层很薄，可以近似地认为：相变温度等于壁面温度。试验时，通过CCD摄像机现场拍摄模型表面相变线的推移过程，图像采集卡对视频图像进行采集、转换后，经过传输和存贮系统送入计算机内部，再利用数字图像处理学的方法对图像上的相变线进行提取，软件内部记录下不同时刻t的相变线位置，代入热图试验的基本公式进行参数计算，最后得到模型表面气动加热的各种特性参数，绘制出热流分布曲线和热图谱，并输出各种数据结果。

相变热控

所谓相变热控就是将相变材料置于被控设备与外部环境之间，当被控设备温度高于相变点时，相变材料通过相变吸收热量，维持设备温度在某一温度以下，防止设备过热；而当被控设备温度下降至低于相变点时，相变材料通过相变而放出热量；从而使得被控设备温度维持在某一温度以上，防止设备温度过低，以此实现对设备的热控。

相变储能以储能密度大、相变时温度近似恒温的优势，特别适合于具有周期性工作或一次性工作的短时高发热部件的热控，也可以利用该技术改善航天器在轨道上经历的波动热环境；同时，作为一种被动式热控方式，它具有没有工作部件，节能可靠、原则上可以无限次使用、经济性高、高储热密度等优点，使其能很好地满足热控装置轻质、紧凑、安全可靠的要求，尤其是随着近年来发热部件日益集成化、小型化和高功率化，传统散热方式面临着新的挑战，相变热控在热控领域的优势更加显现。

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