2025年能源与动力工程行业能源与动力工程师面试试题及答案

2025年能源与动力工程行业能源与动力工程师面试试题及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.卡诺循环的热效率仅与以下哪两个参数直接相关？A.工质种类与循环功B.高温热源温度与低温热源温度C.循环吸热量与放热量D.压缩比与膨胀比2.以下哪种动力机械的工作过程属于外燃循环？A.四冲程汽油机B.燃气轮机C.斯特林发动机D.二冲程柴油机3.传热学中，当流体在管内强制对流换热时，努塞尔数（Nu）的计算公式主要关联的无量纲数不包括：A.雷诺数（Re）B.普朗特数（Pr）C.格拉晓夫数（Gr）D.努塞尔数（Nu）自身4.某燃煤电厂采用超超临界发电技术，其主蒸汽参数通常为：A.压力16.7MPa，温度538℃B.压力25MPa，温度600℃C.压力30MPa，温度566℃D.压力22.1MPa，温度540℃5.光伏电池的转换效率定义为：A.输出电功率与入射太阳辐射功率的比值B.输出电功率与电池吸收太阳辐射功率的比值C.输出电能与电池存储化学能的比值D.开路电压与短路电流的乘积6.内燃机中，过量空气系数λ>1表示：A.混合气过浓B.混合气过稀C.理论空燃比D.无法判断7.以下哪项不属于提高蒸汽朗肯循环效率的主要措施？A.提高主蒸汽温度和压力B.降低冷凝器压力（提高真空度）C.采用回热循环（抽汽加热给水）D.增大汽轮机的通流面积8.热泵的性能系数（COP）定义为：A.输入功与输出热量的比值B.输出热量与输入功的比值C.输入功与吸收热量的比值D.吸收热量与输出热量的比值9.燃气轮机的布雷顿循环中，压气机的作用是：A.将燃料与空气混合并点火燃烧B.压缩空气以提高循环的平均吸热温度C.膨胀做功驱动发电机D.回收排气余热加热压气机出口空气10.以下关于燃料电池的描述中，错误的是：A.质子交换膜燃料电池（PEMFC）通常使用氢气作为燃料B.固体氧化物燃料电池（SOFC）工作温度较高（6001000℃）C.燃料电池的效率受卡诺循环限制D.燃料电池直接将化学能转化为电能二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分，错选、漏选均不得分）1.以下属于可再生能源的是：A.地热能B.天然气C.潮汐能D.生物质能2.内燃机的换气过程优化措施包括：A.采用可变气门正时（VVT）技术B.增大进气门直径C.废气再循环（EGR）D.涡轮增压3.以下关于余热回收技术的描述正确的是：A.有机朗肯循环（ORC）适用于中低温余热回收B.余热锅炉可将高温烟气热量转化为蒸汽C.热交换器是余热回收系统的核心设备之一D.余热回收仅能用于工业领域4.影响风力发电机组发电量的主要因素有：A.年平均风速B.轮毂高度C.叶片空气动力学设计D.电网频率5.以下属于能源动力系统节能技术的是：A.系统热力学第二定律分析（㶲分析）B.多能互补集成供能C.燃烧过程优化（如低NOx燃烧）D.增大设备容量三、填空题（共10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，无化学反应）。2.传热的三种基本方式为导热、对流和____。3.内燃机的理论循环中，柴油机通常简化为____循环，汽油机简化为____循环。4.标准煤的发热量定义为____kJ/kg（精确到整数）。5.风力机的叶尖速比λ=____（用符号表示，λ=叶尖线速度/风速）。6.蒸汽轮机的级内损失包括喷嘴损失、动叶损失、余速损失、____和漏气损失等。7.光伏组件的IV特性曲线中，最大功率点（MPP）对应的电压称为____。8.氢能储运技术中，高压气态储氢的常用压力为____MPa（工业级）。9.热力系统的㶲（可用能）是指系统在环境条件下通过可逆过程所能做出的____。10.我国“双碳”目标中，“碳达峰”指____年，“碳中和”指____年。四、简答题（共5题，第13题每题6分，第45题每题8分，共34分）1.（封闭型）简述朗肯循环的基本组成及各部件的作用。2.（封闭型）说明内燃机四冲程工作过程的具体步骤，并指出压缩冲程与膨胀冲程的主要区别。3.（开放型）分析“双碳”目标对能源与动力工程行业的主要影响。4.（封闭型）比较燃气轮机与汽轮机的工作原理及适用场景。5.（开放型）结合实际案例，论述新能源（如光伏、风电）与传统火电的协同运行策略。五、应用题（共2题，第1题10分，第2题11分，共21分）1.（计算类）某燃气轮机循环的压气机进口空气温度为25℃，压力为100kPa；压气机增压比π=12，绝热效率ηc=0.85；燃烧室出口燃气温度T3=1300℃，涡轮绝热效率ηt=0.90；空气定压比热容cp=1.005kJ/(kg·K)，燃气cp=1.147kJ/(kg·K)，k=1.4（空气）、k=1.33（燃气）。（1）计算压气机出口空气温度T2（℃）；（2）计算涡轮出口燃气温度T4（℃）；（3）若循环净功为300kJ/kg，求循环热效率ηth（保留两位小数）。2.（分析类）某电厂300MW汽轮机运行中出现以下异常：主蒸汽流量增大10%，汽轮机转速下降0.5%，排汽温度升高8℃，凝汽器真空度下降2kPa。结合热力系统原理，分析可能的故障原因及排查措施。参考答案一、单项选择题1.B2.C3.C4.B5.A6.B7.D8.B9.B10.C二、多项选择题1.ACD2.ABD3.ABC4.ABC5.ABC三、填空题1.ΔU=QW2.热辐射3.混合；奥托（定容）4.293075.ωR/v（ω为叶轮角速度，R为叶片半径，v为风速）6.叶轮摩擦损失7.最大功率点电压（Vmp）8.2035（或2070，工业常用2035MPa，车载70MPa）9.最大有用功10.2030；2060四、简答题1.朗肯循环由锅炉、汽轮机、冷凝器、给水泵四大部件组成：锅炉：将水加热成高温高压蒸汽（吸热过程，等压加热）；汽轮机：蒸汽膨胀做功驱动发电机（绝热膨胀过程）；冷凝器：将汽轮机排汽冷却为饱和水（等压放热过程）；给水泵：将凝结水加压送回锅炉（绝热压缩过程）。2.四冲程工作过程：（1）进气冲程：进气门开，活塞下行，吸入空气（柴油机）或油气混合气（汽油机）；（2）压缩冲程：进排气门闭，活塞上行，压缩工质（柴油机压缩空气，汽油机压缩混合气）；（3）做功冲程：点火（汽油机火花塞点火/柴油机压燃），工质膨胀推动活塞下行做功；（4）排气冲程：排气门开，活塞上行，排出废气。压缩冲程为消耗功过程（活塞对工质做功），膨胀冲程为工质对活塞做功过程（输出功）。3.“双碳”目标对行业的影响：（1）能源结构转型：推动可再生能源（光伏、风电、氢能）占比提升，传统火电向调峰、备用电源角色转变；（2）技术升级需求：发展碳捕集与封存（CCUS）、多能互补、高效储能（如液流电池、压缩空气储能）等技术；（3）能效标准提高：要求动力设备（如内燃机、汽轮机）进一步提升效率，降低单位能耗碳排放；（4）政策驱动：碳交易市场、绿色金融等政策引导企业加大低碳技术研发投入。4.工作原理比较：燃气轮机：空气经压气机压缩后与燃料在燃烧室混合燃烧，高温燃气推动涡轮做功（部分功驱动压气机，剩余驱动发电机）；汽轮机：锅炉产生的高温高压蒸汽在汽轮机内膨胀做功（蒸汽为工质，需配合凝汽器形成朗肯循环）。适用场景：燃气轮机：启动快、机动性强，适用于调峰电站、分布式能源、舰船动力；汽轮机：单机功率大、效率高，适用于大型燃煤/核电机组、工业余热发电。5.协同运行策略案例（以“风光火储一体化”为例）：（1）功率互补：利用风电、光伏的间歇性特点，在风光出力不足时由火电调峰补位；风光大发时，火电降低出力（深度调峰）或参与储能充电（如电制热、抽水蓄能）；（2）储能调节：配置锂电池储能或抽水蓄能，平滑风光出力波动，保障电网稳定；（3）优化调度：通过智能电网系统实时监测风光出力、负荷需求及火电调节能力，动态调整各电源出力分配；（4）碳减排协同：火电加装CCUS装置，捕集的CO₂用于风光电站运维（如光伏面板清洁）或工业利用，降低整体碳排放强度。五、应用题1.（1）压气机出口温度计算：绝热压缩过程理想出口温度T2s=T1·π^[(k1)/k]=298K×12^(0.4/1.4)=298×12^0.2857≈298×2.297≈685.5K；实际出口温度T2=T1+(T2sT1)/ηc=298+(685.5298)/0.85≈298+387.5/0.85≈298+455.9≈753.9K（即480.9℃）。（2）涡轮出口温度计算：燃气在涡轮中膨胀，理想出口温度T4s=T3·(1/π)^[(k1)/k]=1573K×(1/12)^(0.33/1.33)=1573×12^(0.248)≈1573×0.473≈744.5K；实际出口温度T4=T3ηt(T3T4s)=15730.9×(1573744.5)=15730.9×828.5≈1573745.7≈827.3K（即554.3℃）。（3）循环热效率：吸热量q1=cp_gas·(T3T2)=1.147×(1573753.9)=1.147×819.1≈940.5kJ/kg；净功w_net=300kJ/kg；ηth=w_net/q1=300/940.5≈31.90%。2.故障分析及排查措施：（1）可能原因：凝汽器冷却不足：循环水量减少（如循环水泵故障、冷却水管堵塞）或冷却水温度升高（如冷却塔效率下降），导致排汽无法充分凝结，真空度下降，排汽温度升高；汽轮机通流部分堵塞：叶片积盐或结垢，导致蒸汽流通面积减小，主蒸汽流量被迫增大以维持功率，同时通流阻力增加使转速下降；轴封系统故障：轴封漏气量增大，空气漏入凝汽器，破坏真空，导致排汽压力升高；给水泵故障：给