2025年能源与动力工程技术测试卷及答案

2025年能源与动力工程技术测试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列关于热力学第二定律的表述中，正确的是（）A.热量不能从低温物体传到高温物体B.不可能从单一热源吸热并全部转化为功C.不可逆过程的熵变一定大于零D.所有热机的效率都不可能超过卡诺热机效率2.下列能源中属于二次能源的是（）A.天然气B.焦炭C.太阳能D.地热能3.朗肯循环中，工质在汽轮机内进行的热力过程是（）A.等压吸热B.绝热膨胀C.等压放热D.绝热压缩4.四冲程内燃机的工作循环顺序为（）A.进气→压缩→排气→做功B.进气→做功→压缩→排气C.进气→压缩→做功→排气D.压缩→进气→做功→排气5.光伏电池的核心工作原理是（）A.热电效应B.光电效应C.压电效应D.塞贝克效应6.燃气轮机简单循环的理论循环是（）A.卡诺循环B.布雷顿循环C.朗肯循环D.奥托循环7.衡量热泵性能的关键指标是（）A.热效率B.制冷系数（COP）C.容积率D.压比8.超临界火力发电机组的主蒸汽压力通常高于（）A.16.7MPaB.22.1MPaC.25.0MPaD.30.0MPa9.下列关于生物质能的表述中，错误的是（）A.属于可再生能源B.直接燃烧是最传统的利用方式C.气化可产生甲烷为主的燃气D.液化可制备生物柴油10.地源热泵系统中，与土壤进行热交换的部件是（）A.压缩机B.蒸发器/冷凝器C.膨胀阀D.地埋管换热器二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.提高燃气轮机循环效率的常用技术措施包括（）A.采用回热装置B.增加中间冷却C.实施再热燃烧D.降低压气机效率2.可再生能源的主要特点有（）A.资源分布均匀B.能量密度较低C.具有间歇性D.开发利用成本普遍低于化石能源3.锅炉运行中的主要热损失包括（）A.排烟热损失B.机械不完全燃烧热损失C.散热损失D.灰渣物理热损失4.内燃机排放的主要污染物有（）A.氮氧化物（NOx）B.二氧化碳（CO₂）C.一氧化碳（CO）D.碳氢化合物（HC）5.目前主流的物理储能技术包括（）A.锂离子电池储能B.抽水蓄能C.压缩空气储能D.铅酸电池储能三、填空题（每空1分，共10分）1.热力学第一定律的数学表达式为__________（闭口系统，符号按热力学传统定义）。2.卡诺循环由两个__________过程和两个绝热过程组成。3.四冲程内燃机的四个工作冲程是进气冲程、__________、做功冲程和排气冲程。4.朗肯循环的主要设备包括锅炉、汽轮机、__________和给水泵。5.光伏效应是指半导体材料吸收光能后，在__________作用下产生电动势的现象。6.燃气轮机的三大核心部件是压气机、__________和涡轮。7.热泵的COP（性能系数）定义为__________与输入功的比值。8.生物质能的主要利用方式包括直接燃烧、__________和液化。9.超临界机组的主蒸汽压力需高于__________MPa（临界压力值）。10.地源热泵按换热介质可分为土壤源热泵和__________热泵。四、简答题（共30分）1.（8分，封闭型）简述朗肯循环的工作过程，并画出其Ts图（需标注各状态点及过程）。2.（7分，开放型）分析风力发电消纳困难的主要原因，并提出2项针对性解决措施。3.（8分，封闭型）说明内燃机涡轮增压技术的工作原理及其对性能的影响。4.（7分，开放型）对比分析太阳能光热发电与光伏发电的技术特点及应用场景。五、应用题（共25分）1.（10分，计算类）某燃气轮机简单循环中，压气机入口空气温度T₁=300K，压比π=10，压气机等熵效率ηc=0.85；燃烧室出口燃气温度T₃=1500K，涡轮等熵效率ηt=0.90；空气比热容比k=1.4，定压比热容cp=1.005kJ/(kg·K)。（1）计算压气机出口空气的实际温度T₂；（2）计算涡轮出口燃气的实际温度T₄；（3）若循环净功为w_net=350kJ/kg，求该循环的热效率η。2.（7分，分析类）某电厂300MW燃煤锅炉运行中排烟温度长期偏高（设计值120℃，实际150℃），试从燃烧调整、设备状态、燃料特性三个方面分析可能原因，并提出2项改进措施。3.（8分，综合类）设计一个“光伏燃气联合供能系统”，要求：（1）画出系统组成示意图（文字描述关键设备）；（2）说明典型日运行策略（分白天、夜间）；（3）简述该系统相比单一供能方式的优势。答案及解析一、单项选择题1.D（卡诺定理指出，在相同热源间工作的一切可逆热机效率相等，不可逆热机效率低于卡诺热机；A错误，热量可通过做功从低温传高温；B错误，单一热源吸热全部转化为功是可能的（如理想气体等温膨胀），但会引起其他变化；C错误，孤立系统不可逆过程熵变大于零）。2.B（二次能源是一次能源加工转换得到的，如焦炭；天然气、太阳能、地热能为一次能源）。3.B（汽轮机内工质绝热膨胀做功）。4.C（四冲程顺序：进气→压缩→做功→排气）。5.B（光伏电池基于半导体的光电效应发电）。6.B（燃气轮机理论循环为布雷顿循环）。7.B（热泵COP=制热量/输入功）。8.B（水的临界压力为22.1MPa，超临界机组压力高于此值）。9.C（生物质气化主要产生CO、H₂、CH₄等混合燃气，并非以甲烷为主）。10.D（地埋管换热器与土壤进行热交换）。二、多项选择题1.ABC（回热、中间冷却、再热均可提高效率；降低压气机效率会降低性能）。2.BC（可再生能源分布不均，如太阳能集中在高原地区；能量密度低，如风电；间歇性显著；开发成本通常高于化石能源）。3.ABCD（锅炉四大热损失：排烟、机械不完全燃烧、化学不完全燃烧、散热、灰渣物理热损失，本题全选）。4.ACD（CO₂是温室气体但非污染物；NOx、CO、HC为主要污染物）。5.BC（物理储能包括抽水、压缩空气、飞轮；锂离子电池、铅酸电池为化学储能）。三、填空题1.ΔU=QW（闭口系统，Q为吸热，W为对外做功）。2.等温（卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成）。3.压缩冲程（四冲程顺序中的第二步）。4.冷凝器（朗肯循环四大设备：锅炉→汽轮机→冷凝器→给水泵）。5.内建电场（光伏效应中，光生载流子在内建电场作用下分离）。6.燃烧室（燃气轮机三大部件：压气机→燃烧室→涡轮）。7.制热量（热泵COP=制热量/输入功；制冷机COP=制冷量/输入功）。8.气化（生物质能利用方式：燃烧、气化、液化）。9.22.1（水的临界压力为22.1MPa）。10.水源（地源热泵分土壤源、水源两类）。四、简答题1.朗肯循环工作过程：①工质（水）在锅炉中定压吸热，由液态变为高温高压蒸汽（过程1→2，等压加热）；②高温高压蒸汽进入汽轮机绝热膨胀做功，变为低温低压乏汽（过程2→3，绝热膨胀）；③乏汽在冷凝器中定压放热，凝结为饱和水（过程3→4，等压冷却）；④饱和水通过给水泵绝热压缩，重新送回锅炉（过程4→1，绝热压缩）。Ts图：横坐标为熵s，纵坐标为温度T。四个状态点：1（冷凝器出口饱和水）、2（锅炉出口过热蒸汽）、3（汽轮机出口乏汽）、4（给水泵出口未饱和水）。过程线：1→2（等压加热，上升曲线）、2→3（绝热膨胀，垂直线向下）、3→4（等压冷却，下降曲线）、4→1（绝热压缩，垂直线向上）。2.风电消纳困难原因：①间歇性与波动性：风速随机变化，发电功率不稳定，与电网负荷需求难以匹配；②电网调峰能力不足：传统火电、水电调峰速度慢，无法快速响应风电波动；③储能技术成本高：大规模储能（如抽水蓄能、电池储能）投资大，应用受限；④跨区域输电能力不足：风电富集区（如“三北”地区）与负荷中心（东部）距离远，输电通道容量有限。解决措施：①发展“风光储多能互补”系统，通过储能（如锂电池、压缩空气）平抑风电波动；②提升电网智能化水平，利用数字孪生技术预测风电出力，优化调度策略。3.涡轮增压原理：利用内燃机排气的能量驱动涡轮机，涡轮机带动同轴的压气机，将空气压缩后送入气缸，增加进气量。对性能的影响：①提高功率：进气量增加，允许更多燃料燃烧，功率提升30%50%；②改善热效率：排气能量回收利用，减少能量浪费；③降低排放：过量空气系数增大，燃烧更充分，减少CO、HC等污染物；④可能引发“涡轮迟滞”：低转速时排气能量不足，响应延迟。4.技术特点对比：太阳能光热发电：通过聚光装置将太阳能转化为热能（如熔盐储热），再驱动汽轮机发电；可配置储能系统，实现连续发电；效率受聚光精度影响，初始投资高；适合大规模集中式发电（如100MW级电站）。光伏发电：利用光伏电池直接将光能转化为电能；无运动部件，维护简单；输出功率随光照强度波动，需配套储能或并网；适合分布式应用（如屋顶光伏、农光互补）。应用场景：光热发电：荒漠、戈壁等光照充足且需连续供电的地区（如我国西北）；光伏发电：城市屋顶、农村分布式电站、光伏扶贫项目等小规模、分散式场景。五、应用题1.（1）压气机等熵出口温度T₂s=T₁·π^[(k1)/k]=300×10^(0.4/1.4)=300×10^0.2857≈300×1.930=579K；实际出口温度T₂=T₁+(T₂sT₁)/ηc=300+(579300)/0.85≈300+328.24=628.24K。（2）涡轮等熵膨胀后的温度T₄s=T₃·(1/π)^[(k1)/k]=1500×(1/10)^0.2857≈1500×0.518=777K；实际出口温度T₄=T₃ηt·(T₃T₄s)=15000.9×(1500777)=15000.9×723=1500650.7=849.3K。（3）燃烧室吸热量q_in=cp·(T₃T₂)=1.005×(1500628.24)=1.005×871.76≈876.12kJ/kg；热效率η=w_net/q_in=350/876.12≈0.40，即40%。2.可能原因：燃烧调整：过量空气系数过大（送风量过高），导致排烟量增加；燃烧中心上移（如煤粉细度偏粗），火焰行程延长，排烟温度升高。设备状态：空气预热器积灰或堵塞，降低烟气与空气的换热效率；省煤器结渣，减少受热面吸热量，烟气热量未充分利用。燃料特性：燃料水分含量过高（如褐煤），燃烧生成的水蒸气增加，排烟焓值上升；燃料灰分大，灰粒磨损受热面，导致传热系数下降。改进措施：①优化燃烧调整，通过氧量计实时监测，将过量空气系数控制在合理范围（如1.11.2）；②定期对空气预热器进行高压水冲洗或蒸汽吹灰，恢复换热效率；③对入炉煤进行掺配，降低水分和灰分含量（如混烧烟煤与褐煤）。3.（1）系统组成：关键设备包括光伏阵列（太阳能发电）、燃气轮机（天然气发电/供热）、储能装置（锂电池或蓄热罐）、能量转换装置（逆变器、换热器）、负荷侧（电负荷、热负荷）。（2）典型日运行策略：白天（光照充足）：光伏阵列优先发电，满足电负荷需求；多余电能存入锂电池或转换为热能储存（如加热蓄热罐）；若光伏出力不足，启动燃气