相變熱

物質從一種相轉變為另一種相的過程。物質系統中物理、化學性質完全相同，與其他部分具有明顯分界面的均勻部分稱為相。與固、液、氣三態對應，物質有固相、液相、氣相。

相變是很普遍的物理過程， ^[1]  它廣泛涉及到生產及科技工作。在物質形態的互相轉換過程中必然要有熱量的吸入或放出。物質三種狀態的主要區別在於它們分子間的距離，分子間相互作用力的大小，和熱運動的方式不同。因此在適當的條件下，物體能從一種狀態轉變為另一種狀態。其轉換過程是從量變到質變。例如，物質從固態轉變為液態的過程中，固態物質不斷吸收熱量，温度逐漸升高，這是量變的過程；當温度升高到一定程度，即達到熔點時，再繼續供給熱量，固態就開始向液態轉變，這時就發生了質的變化。雖然繼續供熱，但温度並不升高，而是固液並存，直至完全熔解。

相變熱（phase change heat）指物質在相變化過程中吸收或釋放的熱量，主要有：（1）蒸發熱，由液相變為氣相時的相變熱；（2）熔化熱，由固相變為液相時的相變熱；（3）昇華熱，由固相直接變為氣相時的相變熱。在化工中，蒸發熱最常用。

計算蒸發熱常用裏德爾式：

式中，△H為正常沸點下的蒸發熱；R為摩爾氣體常數；

和

分別為正常沸點和臨界温度，T為被測定的温度；

為臨界壓力(

)。此式預測誤差不大於2%。

計算蒸發熱還常用沃森式：

式中下標1和2分別表示兩個不同温度。此式用於從某一温度下的蒸發熱計算另一温度下的蒸發熱。

熔化熱不但取決於温度，還同固相的晶形有關，因而缺乏通用的計算方法。對於單原子物質，可用下式估算：

式中，

為熔化熱；

為正常熔點；R為摩爾氣體常數。

昇華熱一般可以看作是熔化熱與蒸發熱之和。

(1)直接量熱。例如在等壓（壓力等於飽和蒸氣壓）下測定一定量液體蒸發所需的能量，算出蒸發熱。

(2)先測量不同温度下的飽和蒸氣壓；然後用克勞修斯－克拉珀龍方程計算蒸發熱。許多物質的相變熱數據刊在有關手冊中，也可用經驗式計算。其中蒸發熱數據已較完備，經驗式的精度也較高。

相變熱圖是用噴塗在模型表面具有固定融熔温度（即相變温度）的相變塗料來顯示模型的壁面温度的一項試驗技術。

相變塗料在未熔化前呈白色不透明晶體，將它稀釋後均勻地噴塗在用黑色襯底（為了加大反差）絕熱材料製成的模型表面上。當熱空氣流過模型表面時，熱傳導使模型表面温度逐漸升高，到達相變温度後發生相變，塗料變成無色透明的液體，露出模型底色，未相變區域和己相變區域之間黑白顏色的對比就形成一條清晰的相變線。在相變線上，由於塗層很薄，可以近似地認為：相變温度等於壁面温度。試驗時，通過CCD攝像機現場拍攝模型表面相變線的推移過程，圖像採集卡對視頻圖像進行採集、轉換後，經過傳輸和存貯系統送入計算機內部，再利用數字圖像處理學的方法對圖像上的相變線進行提取，軟件內部記錄下不同時刻t的相變線位置，代入熱圖試驗的基本公式進行參數計算，最後得到模型表面氣動加熱的各種特性參數，繪製出熱流分佈曲線和熱圖譜，並輸出各種數據結果。 ^[2] 

所謂相變熱控就是將相變材料置於被控設備與外部環境之間，當被控設備温度高於相變點時，相變材料通過相變吸收熱量，維持設備温度在某一温度以下，防止設備過熱；而當被控設備温度下降至低於相變點時，相變材料通過相變而放出熱量；從而使得被控設備温度維持在某一温度以上，防止設備温度過低，以此實現對設備的熱控。

相變儲能以儲能密度大、相變時温度近似恆温的優勢，特別適合於具有周期性工作或一次性工作的短時高發熱部件的熱控，也可以利用該技術改善航天器在軌道上經歷的波動熱環境；同時，作為一種被動式熱控方式，它具有沒有工作部件，節能可靠、原則上可以無限次使用、經濟性高、高儲熱密度等優點，使其能很好地滿足熱控裝置輕質、緊湊、安全可靠的要求，尤其是隨着近年來發熱部件日益集成化、小型化和高功率化，傳統散熱方式面臨着新的挑戰，相變熱控在熱控領域的優勢更加顯現。 ^[3]