2025年强基计划能源与动力工程专业综合测评试题及答案

2025年强基计划能源与动力工程专业综合测评试题及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.关于热力学第一定律，下列表述正确的是（）A.热量可以自发地从低温物体传到高温物体B.孤立系统的内能保持不变C.系统对外做功一定导致内能减少D.理想气体等温膨胀时，吸收的热量全部转化为功2.下列传热过程中，以热辐射为主要方式的是（）A.暖气片加热室内空气B.太阳能热水器集热板升温C.锅炉水冷壁内水的加热D.冰箱冷凝器向环境散热3.不可压缩流体在水平圆管中作层流流动时，沿程水头损失与（）A.流速的一次方成正比B.流速的平方成正比C.流速的三次方成正比D.流速无关4.某燃气轮机循环（布雷顿循环）的压比为10，大气温度为300K，压气机绝热效率为0.85。若空气定压比热容cp=1.005kJ/(kg·K)，则压气机出口温度约为（）（空气绝热指数κ=1.4）A.550KB.600KC.650KD.700K5.对于理想气体的定容加热循环（奥托循环），提高压缩比可直接提高（）A.循环平均吸热温度B.循环平均放热温度C.最高循环压力D.工质质量流量6.下列强化传热的措施中，属于增加传热面积的是（）A.采用螺纹管代替光管B.提高流体流速C.降低壁面污垢热阻D.选用导热系数更大的材料7.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.惯性力与压力之比8.卡诺热机在高温热源T1和低温热源T2之间工作，若T1升高而T2不变，则热效率η（）A.增大B.减小C.不变D.无法确定9.某汽轮机级的反动度为0.5，说明（）A.级的焓降全部在动叶中完成B.级的焓降在静叶和动叶中各完成一半C.动叶出口汽流速度为0D.静叶出口汽流速度为010.对于水蒸气朗肯循环，若提高初温而保持初压和背压不变，下列说法错误的是（）A.循环平均吸热温度升高B.汽轮机排汽干度增加C.循环热效率降低D.锅炉内加热量增大二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分，漏选得1分，错选得0分）11.下列属于热力学第二定律表述的有（）A.不可能从单一热源取热使之完全变为功而不产生其他影响B.热量不能自发地从低温物体传到高温物体C.第一类永动机不可能制成D.孤立系统的熵永不减少12.强化管内流体对流换热的方法包括（）A.增加管内流体流速B.采用内螺纹管C.降低流体入口温度D.减小管径13.关于内燃机的排放控制，下列措施有效的是（）A.优化燃烧过程减少颗粒物（PM）生成B.安装三元催化器处理CO、HC和NOxC.提高压缩比至20以上D.采用废气再循环（EGR）降低NOx排放14.下列关于流体力学中边界层的说法正确的是（）A.边界层内粘性力不可忽略B.边界层厚度随流速增加而减小C.层流边界层的流动更稳定D.边界层分离会导致压差阻力增大15.新能源动力系统中，属于电化学储能的有（）A.锂离子电池B.压缩空气储能C.铅酸电池D.飞轮储能三、填空题（共5题，每题3分，共15分）16.理想气体状态方程的表达式为________（用压力p、比容v、温度T和气体常数R表示）。17.傅里叶定律描述的是________传热方式，其数学表达式为________。18.努塞尔数Nu的定义式为________，其物理意义是________。19.内燃机的实际循环与理论循环的主要差异包括________、________和________（任写三点）。20.燃气轮机的基本组成部件包括________、________和________。四、简答题（共4题，第2123题每题8分，第24题9分，共33分）21.（封闭型）简述卡诺循环的构成及热效率公式，并说明其在热力学中的意义。22.（封闭型）对比分析管内强制对流换热与大空间自然对流换热的主要区别（从流动驱动力、换热强度、影响因素等方面）。23.（开放型）新能源汽车技术中，氢燃料电池与锂离子电池作为动力源各有何优缺点？请结合能量密度、补能时间、环境适应性等方面分析。24.（综合型）某火力发电厂采用再热朗肯循环，初参数为p1=16MPa、t1=540℃，再热参数为p2=3MPa、t2=540℃，背压p3=0.005MPa。已知各状态点焓值：锅炉出口h1=3390kJ/kg，高压缸排汽h2=2850kJ/kg（再热前），再热器出口h3=3560kJ/kg，低压缸排汽h4=2300kJ/kg，凝结水h5=137kJ/kg，给水泵出口h6=147kJ/kg。计算：（1）高压缸做功量；（2）低压缸做功量；（3）循环净功；（4）循环热效率（保留两位小数）。五、综合应用题（共1题，17分）25.某工厂需要设计一台管壳式换热器，用于将流量为5000kg/h的热水（比热容4.18kJ/(kg·℃)）从90℃冷却到40℃，加热流量为8000kg/h的冷水（比热容4.18kJ/(kg·℃)）从20℃到50℃。已知总传热系数K=800W/(m²·℃)，假设为逆流换热。（1）计算换热量Q；（2）计算对数平均温差ΔTm；（3）计算所需换热面积A（保留两位小数）；（4）若实际运行中发现冷水出口温度仅为45℃，分析可能的原因（至少三条）。答案及解析一、单项选择题1.D（等温膨胀时ΔU=0，Q=W，符合热力学第一定律）2.B（太阳能热水器通过吸收太阳辐射升温，辐射为主要方式）3.A（层流沿程水头损失与流速一次方成正比，由哈根泊肃叶定律得出）4.B（压气机出口温度计算：T2s=T1(π)^[(κ1)/κ]=300×10^(0.4/1.4)≈579K，实际温度T2=T1+(T2sT1)/η=300+(579300)/0.85≈624K，接近600K）5.A（提高压缩比可提高循环平均吸热温度，从而提高效率）6.A（螺纹管通过增加表面积强化传热）7.A（雷诺数定义为惯性力与粘性力之比）8.A（卡诺效率η=1T2/T1，T1升高则η增大）9.B（反动度为动叶焓降与级总焓降之比，0.5表示静叶和动叶各占一半）10.C（提高初温会提高循环平均吸热温度，热效率应增大）二、多项选择题11.ABD（C为热力学第一定律表述）12.ABD（降低入口温度不直接强化换热）13.ABD（过高压缩比会导致爆震，不利于排放）14.ABD（层流边界层更易分离，稳定性较差）15.AC（压缩空气和飞轮属于物理储能）三、填空题16.p=RgT（或pv=RgT）17.导热；q=λ(dT/dx)（或Φ=λA(dT/dx)）18.Nu=hL/λ；对流换热与导热的相对强度19.工质变化（非理想气体）、传热损失、燃烧非瞬时性（或流动损失、泄漏等）20.压气机、燃烧室、涡轮四、简答题21.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。热效率ηc=1T2/T1。意义：揭示了热机效率的极限，为实际循环的优化提供理论依据，证明了热力学第二定律的正确性。22.主要区别：（1）流动驱动力：强制对流由泵/风机驱动，自然对流由密度差（温差）驱动；（2）换热强度：强制对流流速高，换热系数（h）可达1001000W/(m²·℃)，自然对流h一般为5100W/(m²·℃)；（3）影响因素：强制对流主要受流速、流体物性、管道形状影响；自然对流主要受温差、流体物性、加热面方位影响。23.氢燃料电池优点：能量密度高（约400800Wh/kg，远高于锂电池的150300Wh/kg）、补能时间短（35分钟）、无续航焦虑；缺点：氢气储运成本高、基础设施（加氢站）不足、低温启动性能较差（需额外加热）。锂离子电池优点：技术成熟、环境适应性好（20℃~55℃可工作）、充放电控制简单；缺点：能量密度较低、充电时间长（快充需30分钟以上）、电池寿命受循环次数限制（约2000次）。24.（1）高压缸做功量：w1=h1h2=33902850=540kJ/kg；（2）低压缸做功量：w2=h3h4=35602300=1260kJ/kg；（3）循环净功：w_net=w1+w2(h6h5)=540+1260(147137)=1790kJ/kg（注：给水泵功很小，通常可忽略，此处严格计算为10kJ/kg）；（4）吸热量：q_in=(h1h6)+(h3h2)=(3390147)+(35602850)=3243+710=3953kJ/kg；热效率η=w_net/q_in=1790/3953≈45.28%。五、综合应用题25.（1）换热量Q=qm1c1ΔT1=5000×4.18×(9040)=5000×4.18×50=1,045,000kJ/h=290,277.78W（或Q=qm2c2ΔT2=8000×4.18×(5020)=8000×4.18×30=1,003,200kJ/h≈278,666.67W，取两者平均值约284,472.22W，因热平衡误差，实际应相等，此处假设数据准确，取Q=1,045,000kJ/h=290,277.78W）；（2）逆流温差：热水进出口90→40℃，冷水进出口50→20℃，ΔT1=9050=40℃，ΔT2=4020=20℃，对数平均温差ΔTm=(ΔT1ΔT2)/ln(