2025年热能动力工程行业热能动力工程工程师职称考试试题及答案

2025年热能动力工程行业热能动力工程工程师职称考试试题及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分。每题只有1个正确选项）1.热力学第一定律的数学表达式（闭口系统）正确的是：A.ΔU=Q+WB.Q=ΔU+WC.W=Q+ΔUD.ΔU=QW2.卡诺循环的热效率仅与以下哪组参数有关？A.工质种类与热源温度B.高温热源与低温热源温度C.循环净功与吸热量D.循环的压力比与温度比3.以下哪种传热方式不需要介质？A.导热B.对流C.辐射D.相变传热4.朗肯循环中，提高蒸汽初温对循环效率的影响是：A.无影响B.降低效率C.提高效率D.先提高后降低5.离心式压气机的主要性能参数不包括：A.压比B.流量C.效率D.临界转速6.标准状态下（1atm，25℃），空气的动力粘度约为：A.1.8×10⁻⁵Pa·sB.1.8×10⁻⁴Pa·sC.1.8×10⁻³Pa·sD.1.8×10⁻²Pa·s7.以下哪种燃烧方式属于流化床燃烧的典型特征？A.煤粉悬浮燃烧B.燃料颗粒在气流中剧烈扰动C.层状燃烧D.预混燃烧8.燃气轮机的布雷顿循环中，若压气机效率降低，循环热效率将：A.升高B.降低C.不变D.先升后降9.换热器的效能（ε）定义为：A.实际换热量与最大可能换热量之比B.冷流体吸热量与热流体放热量之比C.对数平均温差与算术平均温差之比D.传热系数与面积的乘积10.以下哪项不是衡量锅炉性能的主要指标？A.热效率B.蒸发量C.燃料消耗量D.炉膛高度二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题有24个正确选项，错选、漏选均不得分）1.影响蒸汽轮机内效率的主要因素包括：A.蒸汽初参数（压力、温度）B.汽轮机级数C.汽封间隙D.凝汽器真空度2.以下属于可再生能源的热能利用技术有：A.地源热泵B.垃圾焚烧发电C.光伏发电（热能部分）D.生物质气化供热3.强化传热的常用方法包括：A.增加传热面积（如翅片管）B.提高流体流速C.采用导热系数更低的材料D.改变流体流动状态（如湍流）4.燃气蒸汽联合循环（CCPP）的优势包括：A.热效率高于单独燃气轮机或蒸汽轮机循环B.启动速度快于纯蒸汽轮机C.污染物排放更低（如NOx）D.适合小容量发电（<10MW）5.以下关于热力系统节能的措施中，正确的有：A.减少管道保温层厚度以降低成本B.采用余热回收装置（如烟气换热器）C.优化燃烧过程以提高燃烧效率D.降低蒸汽轮机背压（提高凝汽器真空）三、填空题（共5题，每题2分，共10分。请将答案填写在横线处）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至高温物体而不引起其他变化。2.傅里叶定律的数学表达式为：q=λ(dT/dx)，其中λ为材料的导热系数。3.标准煤的低位发热量定义为29307kJ/kg（或7000大卡/千克）。4.汽轮机的级由喷嘴（静叶栅）和动叶栅组成。5.内燃机的理论循环中，汽油机通常近似为奥托循环（等容加热循环），柴油机近似为狄塞尔循环（混合加热循环）。四、简答题（共4题，第12题为封闭型，每题6分；第34题为开放型，每题8分，共28分）1.简述朗肯循环的基本组成及各设备的作用。答案：朗肯循环由锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵四部分组成。锅炉的作用是将水加热并汽化生成高温高压蒸汽；汽轮机将蒸汽的热能转化为机械能（推动转子做功）；凝汽器将汽轮机排出的乏汽冷却为凝结水（形成真空，提高循环效率）；给水泵将凝结水加压送回锅炉，完成工质循环。2.说明离心泵“气蚀”现象的成因及危害。答案：气蚀成因：当离心泵叶轮入口处液体压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，液体汽化形成气泡；气泡随液体进入高压区后破裂，周围液体高速冲击气泡中心，产生局部高压（可达数百MPa）。危害：导致叶轮表面材料疲劳破坏（点蚀）、泵效率下降、振动和噪声增大，严重时泵无法正常工作。3.结合“双碳”目标，分析燃煤电厂降低碳排放的技术路径（至少列出4种）。答案：①采用超超临界发电技术（提高主蒸汽参数至620℃/35MPa以上，效率提升至48%以上，降低单位供电煤耗）；②碳捕集、利用与封存（CCUS）技术（如化学吸收法捕集CO₂，用于驱油或封存）；③掺烧生物质（如生物质与煤混烧，利用生物质碳中性特性）；④耦合氢能发电（部分替代燃煤，减少碳排放量）；⑤优化燃烧系统（如低氧燃烧、分级燃烧），减少不完全燃烧损失，间接降低煤耗。4.比较管壳式换热器与板式换热器的优缺点（从传热效率、承压能力、清洗维护、适用场景等方面分析）。答案：①传热效率：板式换热器因板片表面有波纹，流体湍流程度高，传热系数（30006000W/(m²·K)）高于管壳式（10003000W/(m²·K)）；②承压能力：管壳式最高承压可达10MPa以上，板式受密封垫片限制（通常<2.5MPa）；③清洗维护：板式换热器可拆洗，方便清理结垢；管壳式需拆封头或抽芯，维护较复杂；④适用场景：板式适合低温、低压、清洁介质（如空调水系统）；管壳式适合高温高压、腐蚀性或易结垢介质（如化工、电力行业）。五、计算题（共2题，第1题10分，第2题12分，共22分）1.某朗肯循环的汽轮机入口蒸汽参数为：P₁=10MPa，T₁=540℃（h₁=3478kJ/kg，s₁=6.77kJ/(kg·K)）；乏汽压力P₂=0.005MPa（对应饱和水焓h₂’=137.8kJ/kg，饱和蒸汽焓h₂’’=2561kJ/kg，s₂’’=8.39kJ/(kg·K)）；凝结水经给水泵加压后焓h₃=139.5kJ/kg（忽略泵功）。求：（1）汽轮机出口蒸汽的干度x₂；（2）循环净功w_net；（3）循环热效率η。解：（1）汽轮机膨胀为等熵过程（s₁=s₂），则s₂=x₂·s₂’’+(1x₂)·s₂’（s₂’为饱和水熵，P₂=0.005MPa时s₂’≈0.476kJ/(kg·K)）。由s₁=6.77=x₂×8.39+(1x₂)×0.476→x₂=(6.770.476)/(8.390.476)=6.294/7.914≈0.795。（2）汽轮机做功w_T=h₁h₂，h₂=x₂·h₂’’+(1x₂)·h₂’=0.795×2561+0.205×137.8≈2036+28.3≈2064.3kJ/kg；给水泵做功w_P≈h₃h₂’=139.5137.8=1.7kJ/kg（忽略不计）；循环净功w_net≈w_Tw_P≈2064.31.7≈2062.6kJ/kg（或近似为2064.3kJ/kg）。（3）锅炉吸热量q₁=h₁h₃=3478139.5=3338.5kJ/kg；循环热效率η=w_net/q₁≈2064.3/3338.5≈61.8%（注：实际朗肯循环效率因不可逆损失约为35%45%，此处为理想循环计算）。2.某逆流式换热器用于加热空气，热流体为300℃的烟气（流量m_h=2kg/s，比热容c_ph=1.05kJ/(kg·K)），冷流体为20℃的空气（流量m_c=1.5kg/s，c_pc=1.005kJ/(kg·K)）。换热器传热系数K=50W/(m²·K)，对数平均温差ΔT_m=120℃。求：（1）热流体出口温度T_h2；（2）换热器所需传热面积A。解：（1）根据热平衡，Q=m_h·c_ph·(T_h1T_h2)=m_c·c_pc·(T_c2T_c1)。假设换热器无散热损失，Q相等。但题目未给出空气出口温度，需通过效能传热单元数法或直接利用已知ΔT_m计算。但更简单的方法：已知ΔT_m=120℃，而逆流时ΔT_m=(ΔT1ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)，其中ΔT1=T_h1T_c2，ΔT2=T_h2T_c1。但题目未提供T_c2，可能隐含Q=K·A·ΔT_m，同时Q=m_h·c_ph·(T_h1T_h2)。需联立求解：设Q=2×1050×(300T_h2)=2100×(300T_h2)（单位：W）；同时Q=K·A·ΔT_m=50×A×120=6000A；但缺少A或T_c2，可能题目默认热流体为最小热容流体（C_min=m_h·c_ph=2×1050=2100W/K，C_c=m_c·c_pc=1.5×1005=1507.5W/K，故C_min=C_c=1507.5W/K）。则最大可能换热量Q_max=C_min·(T_h1T_c1)=1507.5×(30020)=1507.5×280=422,100W；效能ε=Q/Q_max=[C_c·(T_c2T_c1)]/Q_max=(T_c220)/280；同时逆流时ε=[1exp(NTU(1C_min/C_max))]/[1(C_min/C_max)exp(NTU(1C_min/C_max))]，其中C_max=C_h=2100W/K，C_min/C_max=1507.5/2100≈0.718；但题目已给出ΔT_m=120℃，可直接用Q=K·A·ΔT_m，同时Q=C_c·(T_c220)=C_h·(300T_h2)。假设Q=K·A·ΔT_m=50×A×120=6000A；又Q=C_c·(T_c220)=1507.5×(T_c220)；Q=C_h·(300T_h2)=2100×(300T_h2)；联立得：1507.5×(T_c220)=2100×(300T_h2)→T_c2=20+(2100/1507.5)(300T_h2)≈20+1.393×(300T_h2)；逆流ΔT_m=(ΔT1ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)，其中ΔT1=T_h1T_c2=300T_c2，ΔT2=T_h2T_c1=T_h220；代入ΔT_m=120℃：120=(ΔT1ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)；将ΔT1=300T_c2≈300[20+1.393×(300T_h2)]=280417.9+1.393T_h2=1.393T_h2137.9；ΔT2=T_h220；代入得：120=(1.393T_h2137.9(T_h220))/ln[(1.393T_h2137.9)/(T_h220)]化简分子：0.393T_h2117.9；假设T_h2=150℃，则分子=0.393×150117.9=58.95117.9=58.95（不合理，ΔT应为正）；假设T_h2=200℃，分子=0.393×200117.9=78.6117.9=39.3（仍负）；T_h2=250℃，分子=0.393×250117.9=98.25117.9=19.65（负）；T_h2=280℃，分子=0.393×280117.9=110.04117.9=7.86（负）；T_h2=290℃，分子=0.393×290117.9=113.97117.9=3.93（负）；T_h2=295℃，分子=0.393×295117.9=116.9117.9=1（接近0）；T_h2=296℃，分子=0.393×296117.9=117.3117.9=0.6；T_h2=297℃，分子=0.393×297117.9=117.7117.9=0.2；T_h2=298℃，分子=0.393×298117.9=118.1117.9=0.2（正）；此时ΔT1=1.393×298137.9≈415.1137.9=277.2℃，ΔT2=29820=278℃，ΔT1≈ΔT2，ln(ΔT1/ΔT2)≈0，ΔT_m=(277.2278)/ln(277.2/278)≈(0.8)/(0.0007)≈1143℃（与题目ΔT_m=120℃不符，说明假设错误）。正确方法：题目可能简化为Q=K·A·ΔT_m，且Q=m_h·c_ph·(T_h1T_h2)=2×1050×(300T_h2)=2100×(300T_h2)；同时Q=m_c·c_pc·(T_c2T_c1)=1.5×1005×(T_c220)=1507.5×(T_c220)；由于逆流，ΔT_m=(T_h1T_c2+T_h2T_c1)/2（当ΔT1/ΔT2≤2时，可用算术平均近似），但题目已给出ΔT_m=120℃，故直接计算：假设热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量，即2100×(300T_h2)=1507.5×(T_c220)→T_c2=20+(2100/1507.5)(300T_h2)=20+1.393×(300T_h2)；逆流ΔT1=T_h1T_c2=300[20+1.393×(300T_h2)]=280417.9+1.393T_h2=1.393T_h2137.9；ΔT2=T_h2T_c1=T_h220；ΔT_m=(ΔT1ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)=120；代入ΔT1=1.393T_h2137.9，ΔT2=T_h220，设T_h2=150℃，则ΔT1=1.393×150137.9=208.95137.9=71.05℃，ΔT2=15020=130℃，ΔT_m=(71.05130)/ln(71.05/130)=(58.95)/(0.56)=105.3℃（接近120℃）；T_h2=130℃，ΔT1=1.393×130137.9=181.09137.9=43.19℃，ΔT2=13020=110℃，ΔT_m=(43.19110)/ln(43.19/110)=(66.81)/(0.93)=71.8℃（偏小）；T_h2=160℃，ΔT1=1.393×160137.9=222.88137.9=84.98℃，ΔT2=16020=140℃，ΔT_m=(84.98140)/ln(84.98/140)=(55.02)/(0.49)=112.3℃（接近）；T_h2=165℃，ΔT1=1.393×165137.9=229.85137.9=91.95℃，ΔT2=16520=145℃，ΔT_m=(91.95145)/ln(91.95/145)=(53.05)/(0.42)=126.3℃（接近120℃）；取T_h2≈163℃，则ΔT1=1.393×163137.9≈227.1137.9=89.2℃，ΔT2=16320=143℃，ΔT_m=(89.2143)/ln(89.2/143)=(53.8)/(0.44)=122.3℃（接近120℃），故T_h2≈163℃。（2）Q=2100×(300163)=2100×137=287,700W；A=Q/(K·ΔT_m)=287700/(50×120)=287700/6000=47.95≈48m²。六、综合分析题（共1题，15分）某城市拟建设一座日处理量1000吨的垃圾焚烧发电厂，设计参数：垃圾低位热值Q_net=8000kJ/kg，焚烧效率η_b=95%，余热锅炉效率η_boiler=85%，汽轮机发电机效率η_gen=38%（汽轮机内效率η_t=88%，发电机效率η_g=98%），厂用电率α=8%。要求：（1）计算全厂净发电功率（单位：MW）；（2）分析垃圾焚烧发电的环保关键技术（至少列出3项）；（3）提出提高该厂效率的改进措施（至少2项）。答案：（1）计算步骤：①垃圾处理量：1000吨/日=1000×10³kg/(24×3600