2025年能源工程真題試卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)）1.下列哪個物理量是狀態(tài)參數(shù)？（）A.功B.熱量C.溫度D.速度2.理想氣體狀態(tài)方程為PV=nRT，在等溫過程中，若體積V增大，則壓力P將？（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定3.下列哪個過程是不可逆過程？（）A.理想氣體的等溫可逆膨脹B.理想氣體的自由膨脹C.理想氣體的等壓可逆壓縮D.理想氣體的絕熱可逆壓縮4.卡諾循環(huán)的效率僅取決于？（）A.工作物質(zhì)的種類B.高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏夭頒.循環(huán)的運行功率D.工作物質(zhì)的初始狀態(tài)5.傳熱的基本方式不包括？（）A.傳導(dǎo)B.對流C.輻射D.擴散6.自然對流的發(fā)生是由于？（）A.流體內(nèi)部溫差引起的密度差異B.外力驅(qū)動C.流體粘性D.流體壓力差7.熱力學(xué)第二定律可以表述為？（）A.熱量不能從低溫物體傳到高溫物體B.不可能從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他影響C.孤立系統(tǒng)的熵總是增加的D.理想氣體自由膨脹是不可逆的8.燃料的熱值是指？（）A.1kg燃料完全燃燒所放出的熱量B.1kg燃料的體積C.1kg燃料的質(zhì)量D.燃料燃燒時的發(fā)光強度9.下列哪種能源屬于可再生能源？（）A.石油B.天然氣C.煤炭D.風(fēng)能10.能源轉(zhuǎn)換效率是指？（）A.轉(zhuǎn)換后獲得的能量與輸入能量的比值B.轉(zhuǎn)換過程中損失的能量與輸入能量的比值C.轉(zhuǎn)換設(shè)備的成本D.轉(zhuǎn)換速率二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題中的橫線上）1.工質(zhì)經(jīng)歷一個狀態(tài)變化過程，其初態(tài)為（），終態(tài)為（），過程中間可能經(jīng)過無數(shù)個（）。2.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式為（），它表明能量是（）的。3.絕熱過程的特征是系統(tǒng)與外界之間沒有（）的熱量交換，其熵變?yōu)椋ǎ?.傳熱過程的三個基本方式是（）、（）和（）。5.對流換熱的強度與流體的（）、（）以及流動狀態(tài)等因素有關(guān)。6.熵是一個（）的狀態(tài)參數(shù)，其物理意義與（）有關(guān)。7.煤的收到基低位熱值通常（）其空氣干燥基低位熱值。8.太陽能光伏發(fā)電利用了半導(dǎo)體的（）效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能。9.提高能源利用效率的途徑主要包括（）、（）和（）等。10.碳中和技術(shù)旨在減少或（）人類活動產(chǎn)生的溫室氣體排放。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述熱力學(xué)第一定律和第二定律的物理意義。2.簡述傳導(dǎo)傳熱、對流傳熱和輻射傳熱的主要區(qū)別。3.簡述提高火力發(fā)電廠循環(huán)效率的主要措施。4.簡述可再生能源開發(fā)利用的重要意義。四、計算題（共40分）1.（8分）某理想氣體經(jīng)歷一個可逆絕熱過程，初態(tài)溫度為300K，壓力為1MPa，體積為0.02m3，終態(tài)體積為0.04m3。已知該氣體的比熱容比k=1.4，試求終態(tài)溫度和壓力，以及過程中系統(tǒng)對外做的功。（提示：可逆絕熱過程滿足pV^k=常數(shù)，理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT）2.（10分）一個面積為0.5m2的平壁，厚度為0.04m，一側(cè)溫度為150°C，另一側(cè)溫度為50°C。已知墻體材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.8W/(m·K)。試求通過該平壁的導(dǎo)熱熱流密度以及每小時通過該平壁的總導(dǎo)熱量。3.（12分）一個內(nèi)徑為0.1m，外徑為0.12m的圓形蒸汽管道，長度為10m，外表面絕熱。管內(nèi)蒸汽溫度為180°C，環(huán)境空氣溫度為20°C。假設(shè)對流換熱系數(shù)（內(nèi)壁）為100W/(m2·K)，對流換熱系數(shù)（外壁）為25W/(m2·K)，蒸汽管道的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m·K)。試求通過該蒸汽管道的徑向熱損失。（提示：可視為平壁熱傳導(dǎo)問題處理，考慮對流換熱熱阻）4.（10分）某柴油發(fā)電機額定功率為100kW，消耗柴油的收到基低位熱值為42000kJ/kg，燃燒效率為90%。試求該發(fā)電機每小時的柴油消耗量。五、論述題（12分）結(jié)合當(dāng)前能源形勢和技術(shù)發(fā)展趨勢，論述發(fā)展可再生能源技術(shù)對于實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要性，并分析其在發(fā)展過程中面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.B5.D6.A7.B8.A9.D10.A二、填空題1.狀態(tài)、狀態(tài)、狀態(tài)點2.ΔU=Q-W、守恒3.熱量、小于零（或等于零，若過程可逆）4.傳導(dǎo)、對流、輻射5.流體速度、熱物性6.廣義、熱力學(xué)概率（或熵增原理）7.小于8.光生伏特（或PN結(jié)）9.減少能源消耗、提高能源轉(zhuǎn)換效率、開發(fā)利用可再生能源10.清除三、簡答題1.熱力學(xué)第一定律：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體傳遞到另一個物體，但在轉(zhuǎn)化或傳遞的過程中，能量的總量保持不變。其數(shù)學(xué)表達式為ΔU=Q-W，表示系統(tǒng)內(nèi)能的增加等于從外界吸收的熱量減去對外界做的功。熱力學(xué)第二定律：熱量不能自動地從低溫物體傳到高溫物體；不可能從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他影響（或孤立系統(tǒng)的熵總是增加的）。它揭示了自然界中過程進行的方向性和不可逆性。2.傳導(dǎo)傳熱：依靠物體內(nèi)部微觀粒子（分子、原子、電子等）的振動、碰撞和遷移等方式進行的熱量傳遞，不需要介質(zhì)，可以在固體、液體和氣體中發(fā)生。對流傳熱：依靠流體內(nèi)部質(zhì)點的宏觀流動和混合進行的熱量傳遞，必須發(fā)生在流體中，涉及流體的對流和導(dǎo)熱兩個過程。輻射傳熱：物體由于自身具有溫度而向外發(fā)射電磁波（主要是紅外線）進行的熱量傳遞，不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播。輻射傳熱與物體的溫度的四次方成正比，任何溫度高于絕對零度的物體都會進行輻射傳熱。3.提高火力發(fā)電廠循環(huán)效率的主要措施包括：提高蒸汽初溫、初壓；降低蒸汽終溫、終壓；采用再熱循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)；提高鍋爐效率和換熱器效率；減少各種形式的損失（如管道散熱損失、機械摩擦損失等）。4.可再生能源是指在自然界中可以再生、永續(xù)利用的能源，如太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等。發(fā)展可再生能源技術(shù)對于實現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要意義，因為可再生能源在利用過程中幾乎不產(chǎn)生或只產(chǎn)生少量溫室氣體，是替代化石燃料、減少碳排放的關(guān)鍵。發(fā)展可再生能源有助于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、減少環(huán)境污染、促進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。主要挑戰(zhàn)包括：可再生能源的間歇性和波動性帶來的并網(wǎng)消納問題；可再生能源發(fā)電成本（尤其是初始投資）相對較高；可再生能源技術(shù)瓶頸有待突破；儲能技術(shù)發(fā)展相對滯后；相關(guān)的政策、市場機制和基礎(chǔ)設(shè)施有待完善。四、計算題1.解：(1)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程和絕熱過程特性：初態(tài)：p?V?=nRT?終態(tài)：p?V?=nRT?由于絕熱過程pV^k=常數(shù)，故p?V?^k=p?V?^k，結(jié)合狀態(tài)方程可得：(T?/V?^(k-1))=(T?/V?^(k-1))T?=T?*(V?/V?)^(k-1)=300K*(0.02m3/0.04m3)^1.4=300K*0.5^1.4≈150K*0.3536≈53.04K終態(tài)溫度T?≈53K利用初態(tài)方程求n：n=p?V?/RT?=(1MPa*0.02m3)/(8.314J/(mol·K)*300K)≈0.00206mol利用n和T?求p?：p?=nRT?/V?=(0.00206mol*8.314J/(mol·K)*53.04K)/0.04m3≈0.224MPa終態(tài)壓力p?≈0.224MPa(2)系統(tǒng)對外做功W=-ΔU=-nCv(T?-T?)對于理想氣體，絕熱過程內(nèi)能變化ΔU=nCv(T?-T?)，且絕熱過程W=-ΔU。比熱容比k=Cp/Cv，對于雙原子理想氣體，Cv=(3/2)R。Cv=(3/2)R=(3/2)*8.314J/(mol·K)≈12.471J/(mol·K)W=-nCv(T?-T?)=-0.00206mol*12.471J/(mol·K)*(53.04K-300K)W≈-0.00206*12.471*(-246.96)≈0.633kJ終態(tài)溫度約為53K，終態(tài)壓力約為0.224MPa，過程中系統(tǒng)對外做功約為0.633kJ。2.解：(1)導(dǎo)熱熱流密度q=λ(T?-T?)/δq=0.8W/(m·K)*(150°C-50°C)/0.04m=0.8*100/0.04W/m2=2000W/m2(2)每小時通過該平壁的總導(dǎo)熱量Q=q*A*tQ=2000W/m2*0.5m2*3600s=3,600,000J=3600kJ導(dǎo)熱熱流密度為2000W/m2，每小時通過該平壁的總導(dǎo)熱量為3600kJ。3.解：將管道視為復(fù)合圓筒壁，考慮對流換熱熱阻和導(dǎo)熱熱阻。外殼內(nèi)壁對流熱阻R?=1/h?A?=1/(100W/(m2·K)*π*0.1m)≈0.0318K/W導(dǎo)熱熱阻R?=δ/(λA?)=0.002m/(45W/(m·K)*π*(0.12m-0.1m))≈0.002/(45*π*0.02)K/W≈0.000707K/W外殼外壁對流熱阻R?=1/h?A?=1/(25W/(m2·K)*π*0.12m)≈0.0107K/W總熱阻R=R?+R?+R?≈0.0318+0.000707+0.0107K/W≈0.0432K/W總熱流密度q=(T?-T?)/Rq=(180°C-20°C)/0.0432K/W=160/0.0432W/m2≈3699.4W/m2通過該蒸汽管道的徑向熱損失約為3699.4W/m2。4.解：發(fā)電機輸出功率P=100kW燃燒效率η_b