深海大洋是地球气候系统的重要调节器，但也是目前认识极为有限的气候系统组成部分。要实现我国海岸和海岛经济的可持续发展，也必需大力发展我国的海洋能资源。　　天津大学机械工程学院水下机器人课题组在开展对深海大洋连续长期探测的过程中，能源成为探测平台的持续作业时间和航程的主要限制因素。利用相变材料的相变，实现海洋温差能到机械能的转化，并最终转化为探测平台利用的电能，将有效地解决能源这一限制因素，极大提高海洋观测范围。为了实现这一能源转换过程，需要一套完整的测试装置深入研究相变材料在高压负载下的物理特性。该装置可以通过调节温度和外界负载（压力），测试相变材料在固-液相变过程中不同外界负载下的体积变化率，为后续温差发电装置的设计优化提供材料特性数据和换热器结构参数。　　本文针对温敏材料物理特性测试装置的研究分为三个阶段分别进行方案选择、分析与优化。首先是换热器总体结构的详细设计与优化，之后是温敏材料外界负载压力调节与膨胀体积检测系统的整体设计与研究，最后是换热器所处水域温度控制系统的整体设计与研究。在整个过程中建立了温敏材料物理特性测试装置的整体虚拟样机，确定了各部件的结构、尺寸与布局，并对关键结构与部件进行了校核与优化。最后针对温敏相变单元、蓄能单元以及传动系统三部分的数学模型做了讲解。通过采用基于罚函数的细菌觅食优化算法，对平面涡卷弹簧作为蓄能元器件的结构优化设计，得到了兼顾蓄能元器件体积与蓄能密度的尺寸，提高了蓄能效率。　　海上试验结果表明该测试装置的换热管在深海运环境中长周期运行状态稳定可靠。本文为温差能海洋探测装备研发提供了有益参考。