2025年强基计划能源与动力工程专业试卷及答案

2025年强基计划能源与动力工程专业试卷及答案一、单项选择题（共10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.不可能从单一热源吸热并全部转化为功B.热量不能自发地从低温物体传到高温物体C.孤立系统的熵一定保持不变D.可逆循环的热效率一定高于不可逆循环答案：B（解析：A错误，因为可以从单一热源吸热全部转化为功（如理想气体等温膨胀），但会引起其他变化；C错误，孤立系统熵可能增加（不可逆过程）或不变（可逆过程）；D错误，同温限下可逆循环效率最高，但不同温限无法直接比较）2.雷诺数Re的物理意义是（）A.惯性力与粘性力之比B.粘性力与惯性力之比C.压力与粘性力之比D.惯性力与重力之比答案：A（解析：雷诺数定义为Re=ρvd/μ，反映流体流动中惯性力与粘性力的相对大小）3.下列传热方式中，必须通过介质传递的是（）A.热辐射B.热对流C.热传导D.B和C答案：D（解析：热辐射可在真空中传递，热传导和热对流需介质）4.奥托循环（OttoCycle）的四个过程依次为（）A.等熵压缩→等容加热→等熵膨胀→等容放热B.等压压缩→等容加热→等压膨胀→等容放热C.等熵压缩→等压加热→等熵膨胀→等压放热D.等容压缩→等压加热→等容膨胀→等压放热答案：A（解析：奥托循环为点燃式内燃机理想循环，包括等熵压缩、等容加热、等熵膨胀、等容放热）5.某燃气轮机循环采用回热技术后，其热效率提高的主要原因是（）A.减少了压气机耗功B.提高了涡轮进口温度C.利用涡轮排气余热加热压气机出口空气D.增加了循环放热量答案：C（解析：回热技术通过回收涡轮排气热量加热压气机出口空气，减少燃烧室需提供的热量，从而提高效率）6.对于一维稳态无内热源导热问题，当导热系数随温度升高而减小时，温度分布曲线的斜率将（）A.保持不变B.逐渐增大C.逐渐减小D.先增大后减小答案：B（解析：由傅里叶定律q=λdT/dx，稳态时q为常数；λ随T降低而增大（因T沿导热方向降低），故dT/dx绝对值增大，温度曲线斜率变陡）7.水在水平圆管中作湍流流动，若流量加倍（仍为湍流），则对流换热系数约变为原来的（）A.1.14倍B.1.74倍C.2倍D.4倍答案：B（解析：湍流强制对流换热系数经验公式h∝Re^0.8，Re∝u∝流量，故h∝(2)^0.8≈1.74）8.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.地热能答案：B（解析：二次能源是一次能源加工转换得到的，如焦炭、电力；天然气、太阳能、地热能为一次能源）9.某可逆卡诺热机工作于T1=1000K和T2=300K的热源间，其热效率为（）A.30%B.70%C.75%D.90%答案：B（解析：η=1T2/T1=1300/1000=70%）10.离心泵的扬程是指（）A.泵能提升液体的高度B.单位重量液体通过泵后获得的机械能C.泵出口与进口的压力差D.泵的最大输水量答案：B（解析：扬程定义为单位重量流体通过泵所获得的能量，单位为m液柱）二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）11.下列属于可再生能源的有（）A.风能B.核能（铀）C.生物质能D.潮汐能答案：ACD（解析：核能利用的铀是不可再生资源）12.关于理想气体的内能和焓，正确的说法是（）A.内能仅是温度的函数B.焓仅是温度的函数C.定容比热容cv=dU/dTD.定压比热容cp=dH/dv答案：ABC（解析：D错误，cp=dH/dT）13.强化传热的途径包括（）A.增加换热面积B.提高流体流速C.采用导热系数更大的材料D.降低流体温度答案：ABC（解析：降低流体温度会减少温差，但强化传热需提高传热系数或面积，与流体温度高低无直接关系）14.下列属于动力机械的有（）A.汽轮机B.压缩机C.内燃机D.泵答案：AC（解析：动力机械将热能/流体能转化为机械能，压缩机和泵是消耗机械能的工作机械）15.关于朗肯循环（RankineCycle）的改进措施，正确的有（）A.提高主蒸汽压力可提高效率，但需防止汽轮机末级湿度过大B.提高主蒸汽温度可同时提高效率和降低汽轮机湿度C.采用再热循环可减少汽轮机低压级蒸汽湿度D.采用回热循环可减少锅炉热负荷答案：ABCD（解析：均为朗肯循环的典型优化措施）三、填空题（共10题，每空2分，共20分）16.工程热力学中，系统与外界的相互作用包括______和______两种形式。答案：功传递；热量传递17.流体的粘性系数μ随温度升高，液体的μ______，气体的μ______。答案：减小；增大18.热辐射的基本定律包括普朗克定律、______定律和______定律。答案：斯忒藩玻尔兹曼；基尔霍夫19.内燃机的实际循环与理想循环的主要差异包括______损失、______损失和传热损失。答案：换气；燃烧非瞬时20.压气机的三种压缩过程（等温、绝热、多变）中，耗功最小的是______过程。答案：等温21.传热过程的总热阻R等于______热阻、______热阻和壁面导热热阻之和。答案：对流换热（或表面）；对流换热（或表面）22.衡量蒸汽动力循环经济性的指标主要有______和______。答案：热效率；汽耗率23.风力机的理论最大效率（贝茨极限）为______。答案：59.3%（或16/27）24.燃气轮机的三大核心部件是______、______和燃烧室。答案：压气机；涡轮25.强化对流换热的方法中，______是通过改变流体流动状态（如产生湍流）来提高换热系数。答案：增加流速（或使用扰流元件）四、简答题（共5题，第2628题每题6分，第2930题每题8分，共34分）26.简述卡诺循环的构成及卡诺定理的意义。（封闭型）答案：卡诺循环由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程构成：等温吸热（T1）→绝热膨胀→等温放热（T2）→绝热压缩。卡诺定理指出：①在相同温限间，可逆循环效率最高；②所有可逆循环效率相等，仅与温限有关。意义：为热机效率提供理论上限，指导实际循环优化。27.比较层流与湍流的流动特征。（封闭型）答案：层流：流体质点作规则的平行流动，无横向混合；速度分布呈抛物线型；沿程阻力与流速一次方成正比（Re≤2300）。湍流：流体质点剧烈掺混，存在脉动；速度分布较平坦（对数或幂函数型）；沿程阻力与流速1.752次方成正比（Re>4000）。28.说明为什么电厂凝汽器需要维持高真空。（封闭型）答案：凝汽器真空度越高，汽轮机排汽压力越低（对应饱和温度越低），朗肯循环的放热温度T2越低。根据η=1T2/T1，T2降低可提高循环热效率。同时，低排汽压力可增大汽轮机进出口焓差，增加发电量。但真空度受限于冷却水温度（通常不低于环境温度+5~10℃）。29.分析提高内燃机热效率的主要途径（至少4条）。（开放型）答案：①提高压缩比：增大循环平均吸热温度（奥托循环η=11/ε^(k1)），但受限于爆震；②优化燃烧过程：采用稀薄燃烧、分层燃烧，减少不完全燃烧损失；③降低传热损失：使用隔热材料减少缸壁散热；④改进换气过程：采用涡轮增压提高进气量，减少泵气损失；⑤采用可变气门正时（VVT）技术，优化进排气效率；⑥使用高辛烷值燃料，允许更高压缩比。30.针对燃煤电厂CO₂减排问题，提出技术可行的解决方案（至少3种）。（开放型）答案：①碳捕集与封存（CCS）：采用化学吸收（如MEA溶液）捕获烟气中CO₂，压缩后注入地下咸水层或油气藏封存；②燃料替代：掺烧生物质（如秸秆、木屑），利用其碳中性特性减少净排放；③煤气化联合循环（IGCC）：将煤转化为合成气（CO+H₂），通过燃气蒸汽联合循环提高效率（减少单位发电量的CO₂排放），同时便于CO₂集中捕集；④提高发电效率：采用超超临界机组（主汽温600℃以上，效率>45%），降低单位能耗的CO₂排放；⑤碳捕集与利用（CCUS）：将捕集的CO₂用于化工合成（如制甲醇）、大棚施肥等，实现资源化利用。五、应用题（共5题，第3133题每题8分，第3435题每题10分，共46分）31.（计算类）某空气预热器中，烟气从300℃冷却到150℃，空气从30℃加热到200℃，试计算顺流和逆流时的对数平均温差（ΔTlm）。（已知：顺流ΔT1=30030=270℃，ΔT2=150200=50℃（取绝对值50℃）；逆流ΔT1=300200=100℃，ΔT2=15030=120℃）答案：顺流时ΔT1=270℃，ΔT2=50℃（因ΔT2<ΔT1，取正值），ΔTlm=(ΔT1ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)=(27050)/ln(270/50)=220/ln(5.4)≈220/1.686≈130.5℃逆流时ΔT1=100℃，ΔT2=120℃（ΔT2>ΔT1，交换顺序），ΔTlm=(120100)/ln(120/100)=20/ln(1.2)≈20/0.1823≈109.7℃（注：实际计算中顺流ΔT2应为150200=50℃，但对数平均温差取两端温差的绝对值，故顺流ΔTlm=(27050)/ln(270/50)=130.5℃；逆流ΔTlm=(120100)/ln(120/100)=109.7℃）32.（分析类）某离心式水泵铭牌参数：流量Q=100m³/h，扬程H=50m，效率η=80%。若实际运行时流量增加到120m³/h，分析可能的原因及对电机功率的影响（水的密度ρ=1000kg/m³，g=9.81m/s²）。答案：流量增加可能原因：①管路阻力减小（如阀门开度增大、管路堵塞减轻），导致管路特性曲线变平缓，与泵的性能曲线交点右移；②泵转速提高（根据比例定律，Q∝n）；③叶轮直径增大（Q∝D）。原电机功率P1=ρgQ1H/(η×1000)=1000×9.81×(100/3600)×50/(0.8×1000)≈17.0kW流量增加到120m³/h时（假设转速不变，泵效率近似不变），根据泵的相似定律，扬程H2=H1×(Q2/Q1)²=50×(1.2)²=72m（注：实际中离心泵的HQ曲线非严格平方关系，但近似计算可用），则新功率P2=ρgQ2H2/(η×1000)=1000×9.81×(120/3600)×72/(0.8×1000)≈29.4kW，较原功率显著增加，可能导致电机过载。33.（计算类）某理想气体在气缸内经历等压膨胀过程，初始状态p1=0.5MPa，V1=0.1m³，温度T1=300K；膨胀后体积V2=0.3m³。已知气体定压比热容cp=1.005kJ/(kg·K)，定容比热容cv=0.718kJ/(kg·K)，求：（1）气体质量m；（2）膨胀功W；（3）内能变化ΔU。答案：（1）由理想气体状态方程pV=mRT，R=cpcv=1.0050.718=0.287kJ/(kg·K)m=p1V1/(RT1)=0.5×10^6×0.1/(0.287×10^3×300)≈0.5×10^5/(86100)≈0.581kg（2）等压膨胀功W=p(V2V1)=0.5×10^6×(0.30.1)=1×10^5J=100kJ（3）温度T2=T1×V2/V1=300×3=900KΔU=mcv(T2T1)=0.581×0.718×(900300)=0.581×0.718×600≈249.6kJ34.（综合类）某燃气轮机循环的压气机进口空气参数为p1=100kPa，T1=300K，压比π=p2/p1=10，涡轮进口温度T3=1500K。假设空气为理想气体（cp=1.005kJ/(kg·K)，k=1.4），各过程可逆，求：（1）压气机出口温度T2；（2）涡轮出口温度T4；（3）循环净功w_net；（4）热效率η。答案：（1）压气机等熵压缩：T2=T1×π^((k1)/k)=300×10^(0.4/1.4)=300×10^0.2857≈300×1.930≈579K（2）涡轮等熵膨胀：p4=p1=100kPa，p3=p2=1000kPa，膨胀比π'=p3/p4=10T4=T3×(1/π')^((k1)/k)=1500×(1/10)^0.2857≈1500×0.518≈777K（3）压气机耗功w_c=cp(T2T1)=1.005×(579300)=1.005×279≈280.4kJ/kg涡轮输出功w_t=cp(T3T4)=1.005×(1500777)=1.005×723≈726.6kJ/kg净功w_net=w_tw_c=726.6280.4