贮热

贮热指的是热量以显热、潜热或两者兼有的形式贮存的过程。贮热介质吸收太阳辐射或其他载体的热量贮存于介质内部，介质环境温度改变时热量即释放。显热是靠贮存介质的温度升高来贮存的。常温下水和卵石均为常用的贮热材料，水的贮热量是同样体积石块的3倍。潜热贮存是利用材料由固态熔化为液态时需要大量熔解热的特性来吸收贮存热量的。热量释放后介质回到固态，相变反复循环形成贮存、释放热量的过程1。

简介对土在冻结过程中孔隙水的相态演变过程进行了分析，并在研究显热、潜热物理本质的基础上，将冻土进一步划分为冻结土和冻实土。根据潜热的物理意义指出，随土温从一般地温逐渐降低至较大负温，土的比热应该分段计算，即分为融土阶段、冻结阶段和冻实阶段。在融土阶段，孔隙水始终为液态；在冻结阶段，存在可以进一步冻结为冰的液态水；在冻实 阶段，不再存在进一步可能冻结为冰的液态水。因此，冻结土的进一步降温将同时伴有显热释放和潜热释放。而在冻实土中，进一步的降温只伴有显热释放。在此基础上，基于混合物比热容的加权叠加法则，研究了冻土的比热构成，给出了涵盖潜热的冻土比热计算方法。

显热与潜热物质存在的形态包括固态、液态和气态。某种物质从一种形态变为另一种形态且其化学成分不发生改变时，称为相态变化即相变。比如，液态水变为固态冰或液态水变为气态水蒸气的现象。根据物质相态和该物质温度的变化特点，热量交换可分为显热和潜热两种形式。当物质的温度发生变化而其相态不发生改变时，吸收或放出的热量称为显热。当物质的温度不发生变化而其相态发生改变时，吸收或放出的热量称为潜热。显热是物质不发生相变时吸收或放出的热量。显热的产生有一个显著特点，即热量的转移必然伴有温度的变化。而潜热是物质发生相变过程中吸收或放出的热量，在这个过程中虽然有热量交换，但相变前、后的温度是相同的。物质由低能状态转变为高能状态时吸收潜热，反之则放出潜热。潜热的量值用单位质量或单位摩尔的物质在相变时吸收或放出的热量表示。相变潜热与发生相变的温度有关，单位质量的某种物质，在一定温度下的相变潜热是一个定值。冰的融解需要吸热，水的结冰需要放热，两个可逆过程的潜热是相等的。土颗粒、水和冰的比热根据定义，土的比热等于温度升高或降低 1 ℃所有组分吸收或放出热量的代数之和。可见，土在某温度T时的比热应该包括其在该温度附近发生△T微量变化时，部分孔隙水（孔隙冰）发生相变需要的热量。随地域和颗粒粗细不同，土颗粒的比热将有所变化，但变化幅度非常有限，一般在 3%之内。因此，土颗粒的比热可以认为是一个常数。任何物质的比热都不是一个特定值，而是随着温度的变化而变化，纯净水和纯净冰也不例外。

比热的试验值采用混合量热法，测定不同温度点的比热。该方法采用热平衡原理，是普通物理试验中测量比热的常用方法。可见，在融土阶段和冻实阶段，比热的计算值与实测值吻合较好；而在冻结阶段，比热的计算值与实测值差别较大。其原因主要在于：剧烈相变区的温度范围较小；混合量热法难以避免热量损失；混合量热法采用的试样太小等。

显热和潜热双重效应的冻土比热基于混合物比热容的加权叠加法则，建立了涵盖潜热的冻土比热计算方法。根据孔隙水状态及 其变化趋势，将冻土进一步划分为冻结土和冻实土；将土的比热随温度的变化划分为三个阶段， 即融土阶段、冻结阶段和冻实阶段。在融土阶段，孔隙水为液态；在冻结阶段，存在可以进一步冻结为冰的液态水；在冻实阶段，不再存在进一步可能冻结为冰的液态水；由于存在进一步凝结为冰的液态水，冻结土的进一步降温同时伴有显热和潜热两种能量交换 现象。在融土阶段和冻实阶段，温度变化只伴有显 热现象发生；在全温度范围内，建立了冻土比热连续、可导的函数表达式2。

本词条内容贡献者为:

黄头生 - 副教授 - 华北电力大学