貯熱

對土在凍結過程中孔隙水的相態演變過程進行了分析，並在研究顯熱、潛熱物理本質的基礎上，將凍土進一步劃分為凍結土和凍實土。根據潛熱的物理意義指出，隨土温從一般地温逐漸降低至較大負温，土的比熱應該分段計算，即分為融土階段、凍結階段和凍實階段。在融土階段，孔隙水始終為液態；在凍結階段，存在可以進一步凍結為冰的液態水；在凍實 階段，不再存在進一步可能凍結為冰的液態水。因此，凍結土的進一步降温將同時伴有顯熱釋放和潛熱釋放。而在凍實土中，進一步的降温只伴有顯熱釋放。在此基礎上，基於混合物比熱容的加權疊加法則，研究了凍土的比熱構成，給出了涵蓋潛熱的凍土比熱計算方法。

物質存在的形態包括固態、液態和氣態。某種物質從一種形態變為另一種形態且其化學成分不發生改變時，稱為相態變化即相變。比如，液態水變為固態冰或液態水變為氣態水蒸氣的現象。根據物質相態和該物質温度的變化特點，熱量交換可分為顯熱和潛熱兩種形式。當物質的温度發生變化而其相態不發生改變時，吸收或放出的熱量稱為顯熱。當物質的温度不發生變化而其相態發生改變時，吸收或放出的熱量稱為潛熱。顯熱是物質不發生相變時吸收或放出的熱量。顯熱的產生有一個顯著特點，即熱量的轉移必然伴有温度的變化。而潛熱是物質發生相變過程中吸收或放出的熱量，在這個過程中雖然有熱量交換，但相變前、後的温度是相同的。物質由低能狀態轉變為高能狀態時吸收潛熱，反之則放出潛熱。潛熱的量值用單位質量或單位摩爾的物質在相變時吸收或放出的熱量表示。相變潛熱與發生相變的温度有關，單位質量的某種物質，在一定温度下的相變潛熱是一個定值。冰的融解需要吸熱，水的結冰需要放熱，兩個可逆過程的潛熱是相等的。土顆粒、水和冰的比熱根據定義，土的比熱等於温度升高或降低 1 ℃所有組分吸收或放出熱量的代數之和。可見，土在某温度T時的比熱應該包括其在該温度附近發生△T微量變化時，部分孔隙水（孔隙冰）發生相變需要的熱量。隨地域和顆粒粗細不同，土顆粒的比熱將有所變化，但變化幅度非常有限，一般在 3%之內。因此，土顆粒的比熱可以認為是一個常數。任何物質的比熱都不是一個特定值，而是隨着温度的變化而變化，純淨水和純淨冰也不例外。

採用混合量熱法，測定不同温度點的比熱。該方法採用熱平衡原理，是普通物理試驗中測量比熱的常用方法。可見，在融土階段和凍實階段，比熱的計算值與實測值吻合較好；而在凍結階段，比熱的計算值與實測值差別較大。其原因主要在於：劇烈相變區的温度範圍較小；混合量熱法難以避免熱量損失；混合量熱法採用的試樣太小等。

基於混合物比熱容的加權疊加法則，建立了涵蓋潛熱的凍土比熱計算方法。根據孔隙水狀態及 其變化趨勢，將凍土進一步劃分為凍結土和凍實土；將土的比熱隨温度的變化劃分為三個階段， 即融土階段、凍結階段和凍實階段。在融土階段，孔隙水為液態；在凍結階段，存在可以進一步凍結為冰的液態水；在凍實階段，不再存在進一步可能凍結為冰的液態水；由於存在進一步凝結為冰的液態水，凍結土的進一步降温同時伴有顯熱和潛熱兩種能量交換 現象。在融土階段和凍實階段，温度變化只伴有顯 熱現象發生；在全温度範圍內，建立了凍土比熱連續、可導的函數表達式 ^[2]  。