2025年(能源工程师)能源与动力工程试题及答案

2025年(能源工程师)能源与动力工程试题及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.以下关于热力学第一定律的表述中，正确的是（）。A.热量可以自发地从低温物体传递到高温物体B.能量转换过程中，能量的总量保持不变C.孤立系统的熵总是减小的D.理想气体的内能仅与体积有关2.下列传热方式中，必须通过介质分子微观运动实现的是（）。A.热传导B.热对流C.热辐射D.以上均不需要3.某燃气轮机循环中，压气机出口温度为500K，透平进口温度为1500K，若采用回热器回收余热，回热度为0.8，则回热器出口的空气温度约为（）。（已知压气机进口温度为300K）A.660KB.740KC.820KD.900K4.以下不属于可再生能源的是（）。A.地热能B.页岩气C.潮汐能D.生物质能5.内燃机四冲程工作过程中，做功冲程结束后，气缸内气体的（）。A.温度最高，压力最低B.温度最低，压力最高C.温度和压力均下降D.温度和压力均上升6.对于朗肯循环，提高蒸汽初温可有效提升循环效率的主要原因是（）。A.降低了排汽湿度B.增大了平均吸热温度C.减少了泵功消耗D.提高了汽轮机内效率7.某换热器中，冷流体入口温度30℃，出口温度70℃；热流体入口温度150℃，出口温度90℃。若采用逆流布置，对数平均温差为（）。A.60℃B.70℃C.80℃D.90℃8.以下关于燃料电池的描述中，错误的是（）。A.直接将化学能转化为电能B.效率受卡诺循环限制C.产物主要为水（氢氧燃料电池）D.可实现连续发电9.衡量锅炉经济性的核心指标是（）。A.蒸发量B.蒸汽参数C.热效率D.排烟温度10.某风力机的叶尖速比为8，风速为10m/s，则叶尖线速度为（）。A.60m/sB.70m/sC.80m/sD.90m/s11.以下哪项是斯特林发动机的主要特点？（）A.采用外部燃烧B.压缩比固定C.仅适用于小功率场景D.排放含大量氮氧化物12.对于压水堆核电厂，慢化剂的主要作用是（）。A.控制反应性B.降低中子能量C.传递热量D.防止辐射泄漏13.以下关于地源热泵的描述中，正确的是（）。A.冬季从土壤中吸热，夏季向土壤放热B.仅适用于寒冷地区C.无需压缩机D.能效比（COP）通常小于114.某空气压缩过程中，若采用多级压缩并级间冷却，其主要目的是（）。A.提高排气压力B.减少压缩功C.降低排气温度D.B和C15.以下能源中，单位质量发热量最高的是（）。A.标准煤（29.3MJ/kg）B.天然气（55MJ/kg）C.柴油（43MJ/kg）D.氢气（142MJ/kg）二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。错选、漏选均不得分）1.以下属于提高蒸汽动力循环效率的措施有（）。A.提高蒸汽初压B.降低排汽压力C.采用再热循环D.增大凝汽器尺寸2.以下关于太阳能利用的技术中，属于光热转换的有（）。A.光伏发电B.太阳能热水器C.太阳灶D.光化学制氢3.内燃机排放的主要污染物包括（）。A.一氧化碳（CO）B.氮氧化物（NOx）C.颗粒物（PM）D.二氧化碳（CO₂）4.以下关于传热强化的方法中，属于主动强化的有（）。A.采用翅片管B.施加电场扰动流体C.表面涂层增加粗糙度D.超声波振动5.以下属于二次能源的是（）。A.电力B.焦炭C.天然气D.蒸汽三、填空题（共10空，每空2分，共20分）1.热力学第二定律的克劳修斯表述为：“不可能将热量从低温物体传递到高温物体而不引起______。”2.雷诺数（Re）的计算公式为______（写出符号含义）。3.朗肯循环的四大设备是锅炉、汽轮机、______和给水泵。4.燃气轮机的三大核心部件是压气机、燃烧室和______。5.生物质能的主要利用方式包括直接燃烧、热化学转换和______。6.热泵的能效比（COP）定义为______与输入功的比值。7.对于导热问题，傅里叶定律的表达式为______（写出符号含义）。8.核反应堆中，控制棒通常由______（填材料）制成，用于吸收中子。9.风力机的贝茨极限是指理论上风力机可捕获的最大风能效率，其值为______。10.内燃机的压缩比定义为______与压缩终了时气缸容积的比值。四、简答题（共4题，其中13题为封闭型，第4题为开放型，共25分）1.（6分）简述卡诺循环的组成及卡诺定理的核心结论。2.（6分）说明余热回收系统中“温度对口、梯级利用”原则的含义及工程意义。3.（6分）对比分析活塞式压缩机与离心式压缩机的适用场景（从压力、流量、效率等角度）。4.（7分）结合“双碳”目标，分析我国能源结构转型面临的主要挑战及技术路径。五、应用题（共2题，第1题为计算题，第2题为综合分析题，共30分）1.（15分）某燃煤锅炉的设计参数如下：燃煤低位发热量Qnet=22000kJ/kg，锅炉蒸发量D=100t/h，蒸汽参数为P=3.8MPa（饱和蒸汽焓h1=2802kJ/kg），给水焓h2=420kJ/kg，燃煤消耗量B=12t/h，排烟损失q2=8%，机械未完全燃烧损失q4=3%，其他热损失q5+q6=2%。（1）计算锅炉有效利用热量Q1（单位：kJ/h）；（2）计算锅炉热效率η（%）；（3）若通过改造将排烟损失降低至6%，其他损失不变，计算改造后燃煤消耗量B’（假设蒸汽参数不变）。2.（15分）某工业园区需建设区域能源系统，已知园区全年冷负荷峰值为10MW，热负荷峰值为8MW，电负荷峰值为6MW。拟采用“燃气轮机+余热锅炉+电制冷机组+吸收式制冷机组”的多联供方案。（1）画出该系统的流程图（用文字描述关键设备连接关系）；（2）分析该方案相比“分产分供”（电、冷、热独立供应）的优势；（3）提出优化系统运行效率的3条具体措施。参考答案一、单项选择题1.B2.A3.B（回热度ε=(T3T2)/(T4T2)，T3=ε(T4T2)+T2=0.8(1500300)+300=740K）4.B5.C6.B7.A（逆流温差ΔT1=15070=80℃，ΔT2=9030=60℃，ΔTm=(8060)/ln(80/60)=60℃）8.B（燃料电池效率不受卡诺循环限制）9.C10.C（叶尖速比λ=叶尖线速度/风速→叶尖线速度=λ×风速=8×10=80m/s）11.A12.B13.A14.D15.D二、多项选择题1.ABC（增大凝汽器尺寸与效率无直接关系）2.BC（光伏发电为光电转换，光化学制氢为光化学转换）3.ABC（CO₂为温室气体，非污染物）4.BD（主动强化需外部能量输入）5.ABD（天然气为一次能源）三、填空题1.其他变化；2.Re=ρvd/μ（ρ为流体密度，v为流速，d为特征尺寸，μ为动力粘度）；3.凝汽器；4.透平（或燃气透平）；5.生物化学转换（或发酵制沼气）；6.供热量（或制冷量）；7.q=λ(dT/dx)（q为热流密度，λ为导热系数，dT/dx为温度梯度）；8.硼或镉（或含硼、镉的合金）；9.59.3%（或16/27）；10.气缸总容积四、简答题1.卡诺循环由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成：等温吸热（高温热源T1）、绝热膨胀、等温放热（低温热源T2）、绝热压缩。卡诺定理结论：①在相同温度的高温热源和低温热源间工作的一切可逆循环，其热效率相等；②不可逆循环的热效率小于同温限的可逆循环热效率。2.“温度对口、梯级利用”指根据余热的温度水平，优先用于高温需求（如发电），再用于中温需求（如工艺加热），最后用于低温需求（如生活热水）。工程意义：避免高品位能量（高温余热）被低效用于低温需求（如直接冷却），提高能源利用效率，降低能耗和成本。3.活塞式压缩机：适用于高压（可达100MPa以上）、小流量场景，效率较高（部分负荷下效率下降明显），结构复杂，振动大；离心式压缩机：适用于低压（通常＜3MPa）、大流量场景，效率随流量增大而提高，结构紧凑，运行平稳，适合连续大流量供气。4.挑战：①能源结构以化石能源为主（煤炭占比约56%），转型需大规模替代；②可再生能源（风、光）波动性大，电网消纳与储能技术瓶颈；③工业、交通等领域深度脱碳技术（如绿氢冶金、电动重卡）尚未成熟；④能源安全与转型速度的平衡（如天然气对外依存度超40%）。技术路径：①加速风光电基地建设，提升可再生能源占比（目标2030年非化石能源占比25%以上）；②发展储能技术（抽水蓄能、电化学储能、压缩空气储能），解决间歇性问题；③推动煤电清洁高效利用（超超临界发电、CCUS技术）；④推广氢能、生物质能等二次能源在工业、交通领域的应用；⑤完善智能电网与需求侧响应，提升能源系统灵活性。五、应用题1.（1）Q1=D×(h1h2)=100×10³kg/h×(2802420)kJ/kg=2.382×10⁸kJ/h；（2）输入热量Q2=B×Qnet=12×10³kg/h×22000kJ/kg=2.64×10⁸kJ/h；热效率η=(Q1/Q2)×(100%q2q4q5q6)=(2.382×10⁸/2.64×10⁸)×(100%8%3%2%)=(0.902)×87%≈78.5%；（3）改造后总热损失=6%+3%+2%=11%，有效利用热占比=89%；需Q2’=Q1/0.89=2.382×10⁸/0.89≈2.676×10⁸kJ/h；B’=Q2’/Qnet=2.676×10⁸/(22000)≈12.16t/h（注：实际工程中可能因效率提升略有降低，此处按理论计算）。2.（1）流程图描述：燃气轮机→发电（满足电负荷）；燃气轮机排气→余热锅炉→产生蒸汽；蒸汽→吸收式制冷机组（供冷）或直接供热（满足热负荷）；电制冷机组→利用燃气轮机发电或电网补充电力供冷（调峰）；系统与电网互联（缺电时购电，多余时售电）。（2）优势：①能源梯级利用（燃气化学能→发电（高品位）→余热供热/供冷（低品位）），