相变传热广泛应用于能源与动力循环系统、空调制冷、航空航天热控技术、电子器件快速散热、热管理、低品位余热利用、石油化工、海水淡化与水处理、干细胞与组织工程和材料制备与加工等领域。

所谓物质的相态，是指体系内部具有相同物理化学性质的所有均匀部分，相邻的不同相之间以明显的界面分开。常见的相态包括固相、液相和气相等，具有同种粒子的晶体也可能以不同的晶格形式构成不同的相态。系统中的同一种物质在不同相态之间的转变称为相变。相变前的起始态通常是热力学平衡态，也可以是亚稳态，当外界条件发生变化（如加热或冷却，加压或减压等）或亚稳态失稳时，系统内则发生相变，达到新的平衡态即末态。纯物质的相变是在恒定压力和恒定温度下进行，如在大气压力下固体的熔化和液体的蒸发等。因变化前后系统的体积也要发生变化，故相变的同时，系统与环境之间必然存在热和功的交换，称为相变热。相变热在量值上等于相态变化前后的焓差。

纯净物的相态由物质的压力和温度共同决定，水的相图如图1所示。相变传热过程是一类非平衡热力学过程，伴随着物质相态的转变，物质的能量相应发生变化，通常情况下这种能量变化以潜热的形式通过相界面传递出去。按照相变方式的不同，相变传热可以分为气液相变（包括沸腾传热和蒸发以及凝结传热）；液固相变（包括融化传热和凝固传热）；气固相变（包括升华和凝华传热）。典型的相变过程如图2所示。在热力学中，可以用热力学函数—吉布斯自由能（Gibbs free energy）来判断两相平衡过程进行的方向。吉布斯自由能又叫吉布斯函数，是热力学中一个重要的参量，常用表示，它的定义是：，其中分别是系统的内能、温度（绝对温度，K）、熵、压力、体积和焓。两相的自由能差构成驱动相变过程的推动力。

图1 水的相图

图2 常见相变过程示意图