能源与动力装置基础复习题及答案

能源与动力装置基础复习题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.热力学第一定律的本质是能量守恒与转换定律，其在开口系统稳定流动过程中的能量方程主要体现了下列哪项关系？A.热量与功的转换B.焓、动能、位能与热、功的平衡C.熵增与不可逆损失D.理想气体的状态变化答案B解析稳定流动能量方程q=2.在两个恒温热源之间工作的所有热力循环中，热效率最高的是下列哪种循环？A.朗肯循环B.布雷顿循环C.卡诺循环D.奥托循环答案C3.汽轮机按工作原理分类，主要可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。反动式汽轮机中，蒸汽的膨胀主要发生在？A.仅在静叶栅（喷嘴）中B.仅在动叶栅中C.静叶栅和动叶栅中膨胀程度相近D.主要在静叶栅中，动叶栅中极少答案C4.评价内燃机动力性和经济性的主要指标中，用来衡量燃油消耗率的是？A.有效功率B.平均有效压力C.有效热效率D.升功率答案C解析有效热效率和有效燃油消耗率（比油耗）是评价内燃机经济性的主要指标；有效功率和平均有效压力是评价动力性的指标。5.在锅炉的各项热损失中，通常占比例最大、对锅炉热效率影响最显著的是？A.固体未完全燃烧热损失B.排烟热损失C.散热损失D.灰渣物理热损失答案B6.燃气轮机装置的理想循环是布雷顿循环，它由哪四个基本热力过程组成？A.绝热压缩、定容吸热、绝热膨胀、定容放热B.绝热压缩、定压吸热、绝热膨胀、定压放热C.定温压缩、定压吸热、定温膨胀、定压放热D.绝热压缩、定压吸热、绝热膨胀、定容放热答案B7.泵与风机在运行中，若发生汽蚀现象，其根本原因是泵内局部压力降低到了？A.大气压力B.工作温度下液体的饱和蒸汽压C.泵的出口压力D.液体的临界压力答案B8.在换热器设计中，若冷热流体的进出口温度相同，下列哪种布置方式的平均传热温差最大？A.顺流布置B.逆流布置C.交叉流布置D.混合流布置答案B9.提高蒸汽动力循环（朗肯循环）热效率的有效途径不包括下列哪项？A.提高蒸汽的初温度B.提高蒸汽的初压力C.提高汽轮机的排汽压力（背压）D.采用给水回热循环答案C解析降低排汽压力（背压）可以降低平均放热温度，从而提高热效率；提高排汽压力会导致热效率下降。10.压气机在压缩气体时，若冷却效果越好，压缩过程越接近下列哪种理想过程？A.绝热压缩B.等温压缩C.等压压缩D.等容压缩答案B二、填空题（每空1分，共10分）1.传热学中的三种基本传热方式分别是热传导、____和____。答案热对流；热辐射2.锅炉运行中至关重要的三大安全附件是安全阀、____和____。答案压力表；水位计3.在汽轮机级内，蒸汽动能转换为机械能时会产生各种级内损失，其中主要的损失包括叶栅损失、____和____等。答案余速损失；漏汽损失（或轮盘摩擦损失、扇形损失等，填两项即可）4.燃气轮机装置的理想循环是____循环，由绝热压缩、____、绝热膨胀和定压放热四个过程组成。答案布雷顿；定压吸热5.提高蒸汽动力循环热效率的主要途径有提高蒸汽初参数、降低______以及采用回热循环等。答案背压（或凝汽器压力）三、判断题（每题1分，共10分）1.卡诺循环是在两个恒温热源间工作的可逆循环，在相同温度界限内其热效率最高。答案正确2.锅炉的排烟温度越低，锅炉的热效率就越高，因此在实际运行中应无限制地尽可能降低排烟温度。答案错误解析排烟温度过低会导致烟气中的酸性气体（如硫酸蒸汽）在受热面上凝结，造成严重的低温腐蚀，同时也会增加受热面金属耗量。因此排烟温度需保持在合理范围。3.汽轮机的反动度定义为动叶栅中的理想焓降与整个级的理想焓降之比。答案正确4.柴油机的压缩比通常大于汽油机的压缩比。答案正确5.泵的必需汽蚀余量（NPSHr）越大，说明泵的抗汽蚀性能越好。答案错误解析必需汽蚀余量越小，说明泵入口需要的压力越低，抗汽蚀性能越好。6.在换热器中，在冷热流体进出口温度相同的条件下，逆流布置的对数平均温差总是大于或等于顺流布置的对数平均温差。答案正确7.燃气轮机的压气机发生喘振时，会出现流量和压比剧烈波动、机组强烈振动的现象。答案正确8.朗肯循环中，水泵消耗的功远小于汽轮机输出的功，因此在工程近似计算中常忽略水泵功。答案正确9.锅炉的排烟热损失通常是各项热损失中最大的一项。答案正确10.热力学第二定律指出，热量可以自发地、不付代价地从低温物体传向高温物体。答案错误四、简答题（每题5分，共20分）1.简述提高蒸汽动力循环（朗肯循环）热效率的主要方法及其基本原理。答案(1)提高蒸汽初温：提高循环的平均吸热温度，从而提高热效率（受金属材料耐热极限限制）。(2)提高蒸汽初压：同样提高平均吸热温度，提高效率（但会导致汽轮机排汽干度下降，湿度增加）。(3)降低排汽压力（背压）：降低循环的平均放热温度，从而提高热效率（受环境冷却水温限制）。(4)采用回热循环：利用汽轮机抽汽加热锅炉给水，减少锅炉内的低温吸热量，提高平均吸热温度。(5)采用再热循环：提高汽轮机排汽干度，同时进一步提高平均吸热温度。2.简述锅炉排烟热损失（q2答案(1)产生原因：烟气离开锅炉尾部受热面时具有较高的温度，带走了大量的物理显热，这部分热量未被有效利用而排入大气，形成排烟热损失。(2)主要影响因素：①排烟温度：排烟温度越高，排烟热损失越大。②排烟量（或过量空气系数）：炉膛及烟道漏风越大、过量空气系数越大，排烟体积越大，热损失越大。③燃料特性：燃料中的水分和氢含量较高时，燃烧生成的水蒸气增多，排烟体积增大，热损失增加。3.什么是汽轮机的“级”？冲动级和反动级在蒸汽膨胀和做功分配上有什么主要区别？答案(1)级的定义：由一列固定的静叶栅（喷嘴）和其后的一列安装在叶轮上的动叶栅组成的基本做功单元，称为汽轮机的级。(2)主要区别：①冲动级：蒸汽的膨胀主要发生在静叶栅中，在动叶栅中基本不膨胀（或膨胀极小）。动叶主要依靠高速气流产生的冲击力做功，反动度较小（通常为0.05~0.20）。②反动级：蒸汽在静叶栅和动叶栅中的膨胀程度相近（各占约50%）。动叶不仅受气流冲击力，还因气流在动叶通道内加速膨胀产生反作用力做功，反动度约为0.5。4.简述泵发生汽蚀的原因及其对泵安全运行的危害。答案(1)发生原因：当泵内局部区域（通常在叶轮入口低压区）的液体压力降低到工作温度下液体的饱和蒸汽压时，液体发生汽化产生大量气泡。气泡随水流进入高压区时迅速凝结破裂，产生局部真空。(2)危害：①机械剥蚀：气泡破裂瞬间产生极高的局部水击压力，导致叶轮和泵壳材料疲劳剥落。②化学腐蚀：伴随气泡破裂产生的高温和电化学作用，加速金属腐蚀。③性能下降：气泡占据流道，破坏流体的连续性，导致泵的流量、扬程和效率急剧下降。④振动与噪音：气泡破裂引起机组强烈振动和刺耳的噪音，严重影响设备寿命。五、计算与综合分析题（每题20分，共40分）1.某理想朗肯循环蒸汽动力装置，已知蒸汽初压p1=10MPa，初温t1=500∘C，凝汽器压力p(1)汽轮机单位质量蒸汽做功量wT(2)给水泵单位质量耗功量wP(3)循环单位质量吸热量q1(4)该朗肯循环的热效率ηt解析(1)汽轮机做功：w(2)给水泵耗功：w(3)循环吸热量：q(4)循环净功：wnet=wT−wP=1365−10.22.某大型电站采用燃气-蒸汽联合循环动力装置。请结合能源与动力装置基础知识，回答下列问题：(1)简述燃气-蒸汽联合循环的系统组成及能量传递过程。(2)分析联合循环相比单一燃气轮机循环或单一蒸汽动力循环，在热效率和环保方面具有哪些显著优势？解析(1)系统组成及能量传递过程：系统主要由燃气轮机子系统（压气机、燃烧室、燃气透平）和蒸汽轮机子系统（余热锅炉、蒸汽轮机、凝汽器、给水泵）组成。能量传递过程：燃料在燃烧室中燃烧，高温高压燃气进入燃气透平膨胀做功（燃气循环）；燃气透平排出的高温烟气（通常500~600℃）进入余热锅炉，加热水产生高温高压蒸汽；蒸汽进入蒸汽轮机膨胀做功（蒸汽循环）。两个循环通过余热锅炉实现能量的梯级利用。(2)显著优势：①热效率优势：实现了能量的梯级利用。燃气轮机循环工作温度高（平均吸热温度高），蒸汽轮机循环工作温度低（平均放热温度低）。两者结合大幅提高了整体平均吸热温度并降低了排热温度，使联合