2026年工程热力学能量转换研究题目

2026年工程热力学+能量转换研究题目一、填空题（每题2分，共20分）1.熵增原理指出，孤立系统的熵变总是______零。2.卡诺循环的热效率仅取决于______和______，与工质种类无关。3.在朗肯循环中，提高蒸汽初温可______循环热效率，但需考虑材料耐高温性能。4.燃气轮机循环中，回热器的作用是______，从而提高热效率。5.太阳能光热发电系统中，聚光式集热器主要通过______原理实现高温热能收集。6.地热能利用中，中低温地热（<150℃）主要采用______发电技术。7.压缩空气储能系统（CAES）的能量转换过程为______→______→______。8.汽轮机级效率的计算公式为______。9.燃料电池的发电过程本质上是______直接转化为电能。10.工业余热回收利用中，热管技术主要应用于______场景。二、选择题（每题3分，共30分）1.以下哪种循环的热效率最高？A.朗肯循环B.卡诺循环C.蒸汽喷射循环D.燃气轮机循环2.在相同的冷凝温度下，提高制冷循环蒸发温度的主要目的是？A.增大压缩机功率B.提高制冷量C.降低系统能效比（COP）D.减少节流损失3.燃气轮机联合循环（CCGT）中，再热的主要作用是？A.降低排烟温度B.提高热效率C.增加工质流量D.减少氮氧化物排放4.太阳能光伏发电系统中的“光热效应”是指？A.光子直接转换为电能B.光子激发半导体产生载流子C.光能转化为热能D.电池板温升导致的发电效率下降5.地热发电中，干热岩（HDR）技术的核心优势是？A.资源分布广泛B.无需水热资源C.发电成本较低D.环境影响较小6.压缩空气储能系统中，预压缩空气储罐的主要作用是？A.提高储能密度B.降低压缩机能耗C.防止空气泄漏D.延长系统寿命7.汽轮机级效率低于设计值的主要原因是？A.饱和度过高B.漏汽损失C.蒸汽初压过低D.冷端温度过高8.燃料电池中，PEMFC（质子交换膜燃料电池）的优势是？A.高温运行（>800℃）B.对CO₂不敏感C.无需催化剂D.可使用多种燃料9.工业余热回收中，热泵技术的应用场景通常是？A.发电厂冷却水余热B.钢铁厂高温烟气C.制冷空调系统D.建筑供暖10.熵增原理在能量转换中的意义是？A.能量守恒的体现B.系统不可逆性的度量C.提高热效率的依据D.热力学第二定律的数学表达三、简答题（每题5分，共40分）1.简述卡诺循环的四个过程及其热力学性质。2.朗肯循环中，提高蒸汽初压对循环效率的影响及工程限制。3.燃气轮机回热循环与简单循环的热效率对比及适用条件。4.太阳能光热发电的传热过程及关键部件功能。5.地热能梯级利用的原理及工程意义。6.压缩空气储能系统中的关键技术难点及解决方案。7.燃料电池的阳极、阴极和电解质材料选择依据。8.工业余热回收的常用技术类型及适用范围。四、计算题（每题10分，共50分）1.某朗肯循环的蒸汽初温为500℃，初压为4MPa，冷凝温度为40℃。试计算循环热效率及蒸汽耗量（忽略不可逆性）。2.一制冷系统采用R-134a工质，蒸发温度为-10℃，冷凝温度为50℃。试计算其理论COP及压缩机功率（假设为理想循环）。3.某燃气轮机简单循环的进气温度为1200℃，压力为1MPa，膨胀至0.1MPa，假设绝热效率为0.85。试计算净功输出及热效率。4.太阳能集热器面积为100m²，集热效率为0.7，太阳辐射强度为800W/m²。若集热器出口水温为150℃，试计算其热水产量（假设环境温度为25℃）。5.一地热发电厂采用中低温地热（100℃），通过有机朗肯循环（ORC）发电。若蒸汽潜热为800kJ/kg，冷凝温度为50℃，试计算循环热效率及功率输出（假设工质为R-123）。答案与解析一、填空题1.大于2.热源温度、冷源温度3.提高4.回收烟气余热5.抛物面镜/槽式聚光6.双工质有机朗肯循环（ORC）7.电能→压缩空气→膨胀做功8.ηₛ=W_s/(h₁-h₂)9.化学10.高温工业烟气二、选择题1.B2.B3.B4.C5.B6.B7.B8.B9.D10.B三、简答题1.卡诺循环：-等温膨胀（热源吸热）、绝热膨胀（做功）、等温压缩（向冷源放热）、绝热压缩（压缩功）。-热效率η=1-T₂/T₁（T₁为热源温度，T₂为冷源温度）。2.朗肯循环：-提高初压可提高效率，但需考虑材料耐压性及过热度损失。3.回热循环：-回收部分排汽热量加热给汽，减少抽汽量，效率高于简单循环。适用于大容量机组。4.光热发电：-传热过程：聚光→吸热→传热→做功。关键部件：聚光镜、吸热器、换热器、汽轮机。5.地热梯级利用：-高温段发电，中温段供暖，低温段农业热利用，提高资源利用率。6.CAES难点：-高压储罐成本高、压缩机喘振、能量损失。解决方案：采用混合储能、优化压缩机控制。7.燃料电池材料：-阳极需耐腐蚀、催化活性（如Ni-Fe合金）；阴极需低电阻（如Pt/C）；电解质需高离子电导率（如质子交换膜）。8.余热回收技术：-热交换器（工业烟气）、热泵（建筑供暖）、有机朗肯循环（中低温余热）。四、计算题1.朗肯循环：-熵平衡计算初终态参数，热效率η=(h₁-h₂)/(h₁-h₃)。-蒸汽耗量m=Q_in/(h₁-h₃)。2.制冷循环：-COP=Q_c/W=(h₁-h₄)/(h₂-h₁)。-压缩机功率P=mW。3.燃气轮机：-绝热功W_s=(h₁-h₂s)/η_s。-热效率η=W_net/Q_in。4.集热器：-热量Q=AεI(T_s-T_amb