### 传热学知识点解析
#### 一、填空题解析
1. **傅里叶定律**：傅里叶定律是导热基本定律之一，它描述了导热现象中的热量传递速率与温度梯度之间的关系。该定律指出，单位时间内通过给定截面的导热量与垂直于该截面方向上的温度变化率以及截面面积成正比，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。具体表达式为：\[q = -k \cdot A \cdot \frac{\partial T}{\partial x}\] 其中，\(q\) 是导热量，\(k\) 是材料的导热系数，\(A\) 是截面面积，\(\frac{\partial T}{\partial x}\) 是温度沿\(x\) 方向的变化率。
2. **第三类边界条件**：第三类边界条件又称为对流边界条件，它规定了边界上的物体与周围流体间的表面传热系数 \(h\) 及周围流体的温度 \(T_f\)。这种条件下，边界上的热流密度 \(q\) 与物体表面温度 \(T_s\) 和周围流体温度 \(T_f\) 的差成正比，即：\[q = h(T_s - T_f)\]
3. **毕渥数（Bi）**：毕渥数是表征物体内部导热能力与外部对流换热能力之间相对大小的一个无量纲数。它用于判断物体内部温度分布的均匀程度，Bi 数较小表示外部对流热阻相对于物体内部的导热热阻较大，传热热阻主要来自外部对流；Bi 数较大则意味着内部导热热阻相对较大，传热热阻主要来自物体内部。公式为：\[Bi = \frac{hL_c}{k}\] 其中，\(h\) 为表面传热系数，\(L_c\) 为特征尺寸，\(k\) 为导热系数。
4. **温度边界层**：温度边界层是在流体温度场中形成的薄层区域，在这个区域内流体温度随距离固体壁面的距离发生变化。温度边界层的形成和发展与流体流动的类型（层流或湍流）、流动方向以及固体壁面的温度分布等因素有关。
5. **热阻计算**：题目中给出的热流量为 \(1kW\)，温压为 \(20℃\)，根据热阻的定义，热阻 \(R\) 为温压除以热流量，即：\[R = \frac{\Delta T}{Q} = \frac{20}{1} = 20 K/W\]
6. **黑体辐射力计算**：黑体的辐射力遵循斯特藩-玻尔兹曼定律，辐射力 \(E_b\) 与绝对温度 \(T\) 的四次方成正比。因此，当温度从 \(27℃ (300K)\) 升高到 \(327℃ (600K)\)，辐射力会增加 \((600/300)^4 = 16\) 倍。
7. **基尔霍夫定律**：基尔霍夫定律指出，在相同温度下，任何物体的发射率等于其对该温度下的黑体辐射的吸收率。这意味着，在同温度下，黑体具有最大的辐射力，而实际物体的吸收率永远小于 1。
#### 二、选择题解析
1. **削弱传热的方法**：正确答案是 D. 增加导热热阻。增加导热热阻可以减少热量的传递，从而削弱传热效果。
2. **一维稳态无内热源导热**：正确答案是 C. 圆筒壁导热的温度分布为曲线是因为导热面积变化。圆筒壁导热问题中，随着半径的变化，导热面积也在变化，导致温度分布为曲线。
3. **对流传热**：正确答案是 A. 典型条件下，水的表面传热系数小于空气的表面传热系数。一般情况下，液体的表面传热系数高于气体，但题干中的表述与事实相反，故为错误项。
4. **膜状凝结与膜态沸腾传热**：正确答案是 A. 后者为工质吸热过程。膜状凝结是工质放热过程，而膜态沸腾则是工质吸热过程。
5. **材料的光谱发射率与波长的关系**：根据题目描述，无法直接判断选项的正确性，但通常情况下，随着温度的升高，材料的平均发射率可能会发生变化，具体如何变化取决于材料本身的特性。
6. **准则方程式 Nu=f(Gr, Pr)**：正确答案是 C. 自然对流换热。努塞尔数 Nu 与格拉晓夫数 Gr 和普朗特数 Pr 的关系反映了自然对流换热的变化规律。
7. **逆流与顺流流动方式**：正确答案是 D. 换热量不足。逆流流动方式相比于顺流方式能提供更大的温差，从而增加换热量，因此如果逆流设计的换热器被误安装为顺流方式，可能会导致换热量不足。
8. **温室效应**：正确答案是 A. CO2气体能够吸收红外辐射。温室效应主要是由于大气中的某些气体（如 CO2）能够吸收地面发出的红外辐射并重新辐射回地面，导致地表温度上升。
9. **大空间沸腾换热的沸腾状态**：正确答案是 A. 过冷沸腾。大空间沸腾换热主要包括自然对流沸腾、膜态沸腾和泡态沸腾等几种状态，过冷沸腾不属于其中。
#### 三、简答题解析
1. **温度分布的表达式**：对于厚度为 \(\delta\) 的半无限大平板，一侧绝热，另一侧为恒温，且平板内部存在热源 \(\Phi = \Phi_0 e^{-ax}\) 的情况下，稳态条件下平板内的温度分布可通过解导热微分方程得出。具体解析解较为复杂，需要考虑热源分布的形式以及边界条件来求解。
2. **热扩散系数**：热扩散系数 \(\alpha\) 描述了材料内部温度分布随时间变化的速度，其定义为：\[\alpha = \frac{k}{\rho c_p}\] 其中，\(k\) 是材料的导热系数，\(\rho\) 是密度，\(c_p\) 是比热容。热扩散系数反映了材料传导热量的能力与储热能力的综合效果。与导热系数不同，热扩散系数还考虑了材料的密度和比热容，这使得它可以更全面地描述材料的热传播特性。
3. **自然对流传热边界层**：在自然对流传热中，流体靠近固体壁面的区域形成了温度和速度边界层。温度边界层是指壁面附近温度变化明显的区域，而速度边界层则是指壁面附近流体速度逐渐增加直至接近主流速度的区域。温度和速度分布均呈现出从壁面向外逐渐变化的趋势。
4. **电加热与蒸汽加热的区别**：电加热时，由于电热元件直接与被加热介质接触，当介质温度升高时，如果控制不当，可能导致电热元件局部过热，进而烧毁。相比之下，蒸汽加热时，蒸汽与被加热介质之间的温差较小，且蒸汽可以通过调节压力和流量来控制加热速率，因此不容易发生过热现象。
5. **灰体与漫灰表面**：灰体是一种理想化的模型，假设其发射率和吸收率与波长无关。漫灰表面是指发射和吸收辐射时不依赖于入射角度和波长的表面。这两种概念都是为了简化实际问题而提出的理想化模型。
#### 四、计算题解析
1. **热电偶测量气流温度**：（1）根据热电偶的时间常数定义 \(\tau = \rho V c_p / hA\)，其中 \(\tau = 1s\)，可以求得热电偶接点的直径；（2）利用一阶系统的时间常数公式 \(\tau = -\ln{(1-\frac{\Delta T}{T_\infty - T_0})} t\)，可以计算出所需时间。
2. **水的表面传热系数**：根据雷诺数和普朗特数计算努塞尔数，再通过努塞尔数求得表面传热系数。两种情形下的表面传热系数会有所不同，原因是流体的物性参数（如密度、比热容等）以及壁面与流体的温差不同，这些因素都会影响表面传热系数的大小。
3. **三角形通道的净辐射热量**：计算三角形通道中表面1的净辐射热量，需要考虑各表面的温度、发射率以及它们之间的几何关系。利用辐射平衡方程进行计算，可以得到表面1的净辐射热量。
4. **逆流与顺流的对数平均温度差**：逆流时的对数平均温度差通常大于顺流情况，这是由于逆流可以实现更高的温差利用率。通过计算两种情况下的对数平均温度差，并与算术平均值比较，可以进一步理解不同流动方式对换热效率的影响。
