2025年能源與動力工程技術(shù)測試卷及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律的表述中，正確的是（）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C.不可逆過程的熵變一定大于零D.所有熱機的效率都不可能超過卡諾熱機效率2.下列能源中屬于二次能源的是（）A.天然氣B.焦炭C.太陽能D.地?zé)崮?.朗肯循環(huán)中，工質(zhì)在汽輪機內(nèi)進行的熱力過程是（）A.等壓吸熱B.絕熱膨脹C.等壓放熱D.絕熱壓縮4.四沖程內(nèi)燃機的工作循環(huán)順序為（）A.進氣→壓縮→排氣→做功B.進氣→做功→壓縮→排氣C.進氣→壓縮→做功→排氣D.壓縮→進氣→做功→排氣5.光伏電池的核心工作原理是（）A.熱電效應(yīng)B.光電效應(yīng)C.壓電效應(yīng)D.塞貝克效應(yīng)6.燃氣輪機簡單循環(huán)的理論循環(huán)是（）A.卡諾循環(huán)B.布雷頓循環(huán)C.朗肯循環(huán)D.奧托循環(huán)7.衡量熱泵性能的關(guān)鍵指標是（）A.熱效率B.制冷系數(shù)（COP）C.容積率D.壓比8.超臨界火力發(fā)電機組的主蒸汽壓力通常高于（）A.16.7MPaB.22.1MPaC.25.0MPaD.30.0MPa9.下列關(guān)于生物質(zhì)能的表述中，錯誤的是（）A.屬于可再生能源B.直接燃燒是最傳統(tǒng)的利用方式C.氣化可產(chǎn)生甲烷為主的燃氣D.液化可制備生物柴油10.地源熱泵系統(tǒng)中，與土壤進行熱交換的部件是（）A.壓縮機B.蒸發(fā)器/冷凝器C.膨脹閥D.地埋管換熱器二、多項選擇題（每題3分，共15分，少選得1分，錯選不得分）1.提高燃氣輪機循環(huán)效率的常用技術(shù)措施包括（）A.采用回?zé)嵫b置B.增加中間冷卻C.實施再熱燃燒D.降低壓氣機效率2.可再生能源的主要特點有（）A.資源分布均勻B.能量密度較低C.具有間歇性D.開發(fā)利用成本普遍低于化石能源3.鍋爐運行中的主要熱損失包括（）A.排煙熱損失B.機械不完全燃燒熱損失C.散熱損失D.灰渣物理熱損失4.內(nèi)燃機排放的主要污染物有（）A.氮氧化物（NOx）B.二氧化碳（CO?）C.一氧化碳（CO）D.碳氫化合物（HC）5.目前主流的物理儲能技術(shù)包括（）A.鋰離子電池儲能B.抽水蓄能C.壓縮空氣儲能D.鉛酸電池儲能三、填空題（每空1分，共10分）1.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式為__________（閉口系統(tǒng)，符號按熱力學(xué)傳統(tǒng)定義）。2.卡諾循環(huán)由兩個__________過程和兩個絕熱過程組成。3.四沖程內(nèi)燃機的四個工作沖程是進氣沖程、__________、做功沖程和排氣沖程。4.朗肯循環(huán)的主要設(shè)備包括鍋爐、汽輪機、__________和給水泵。5.光伏效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料吸收光能后，在__________作用下產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。6.燃氣輪機的三大核心部件是壓氣機、__________和渦輪。7.熱泵的COP（性能系數(shù)）定義為__________與輸入功的比值。8.生物質(zhì)能的主要利用方式包括直接燃燒、__________和液化。9.超臨界機組的主蒸汽壓力需高于__________MPa（臨界壓力值）。10.地源熱泵按換熱介質(zhì)可分為土壤源熱泵和__________熱泵。四、簡答題（共30分）1.（8分，封閉型）簡述朗肯循環(huán)的工作過程，并畫出其Ts圖（需標注各狀態(tài)點及過程）。2.（7分，開放型）分析風(fēng)力發(fā)電消納困難的主要原因，并提出2項針對性解決措施。3.（8分，封閉型）說明內(nèi)燃機渦輪增壓技術(shù)的工作原理及其對性能的影響。4.（7分，開放型）對比分析太陽能光熱發(fā)電與光伏發(fā)電的技術(shù)特點及應(yīng)用場景。五、應(yīng)用題（共25分）1.（10分，計算類）某燃氣輪機簡單循環(huán)中，壓氣機入口空氣溫度T?=300K，壓比π=10，壓氣機等熵效率ηc=0.85；燃燒室出口燃氣溫度T?=1500K，渦輪等熵效率ηt=0.90；空氣比熱容比k=1.4，定壓比熱容cp=1.005kJ/(kg·K)。（1）計算壓氣機出口空氣的實際溫度T?；（2）計算渦輪出口燃氣的實際溫度T?；（3）若循環(huán)凈功為w_net=350kJ/kg，求該循環(huán)的熱效率η。2.（7分，分析類）某電廠300MW燃煤鍋爐運行中排煙溫度長期偏高（設(shè)計值120℃，實際150℃），試從燃燒調(diào)整、設(shè)備狀態(tài)、燃料特性三個方面分析可能原因，并提出2項改進措施。3.（8分，綜合類）設(shè)計一個“光伏燃氣聯(lián)合供能系統(tǒng)”，要求：（1）畫出系統(tǒng)組成示意圖（文字描述關(guān)鍵設(shè)備）；（2）說明典型日運行策略（分白天、夜間）；（3）簡述該系統(tǒng)相比單一供能方式的優(yōu)勢。答案及解析一、單項選擇題1.D（卡諾定理指出，在相同熱源間工作的一切可逆熱機效率相等，不可逆熱機效率低于卡諾熱機；A錯誤，熱量可通過做功從低溫傳高溫；B錯誤，單一熱源吸熱全部轉(zhuǎn)化為功是可能的（如理想氣體等溫膨脹），但會引起其他變化；C錯誤，孤立系統(tǒng)不可逆過程熵變大于零）。2.B（二次能源是一次能源加工轉(zhuǎn)換得到的，如焦炭；天然氣、太陽能、地?zé)崮転橐淮文茉矗?.B（汽輪機內(nèi)工質(zhì)絕熱膨脹做功）。4.C（四沖程順序：進氣→壓縮→做功→排氣）。5.B（光伏電池基于半導(dǎo)體的光電效應(yīng)發(fā)電）。6.B（燃氣輪機理論循環(huán)為布雷頓循環(huán)）。7.B（熱泵COP=制熱量/輸入功）。8.B（水的臨界壓力為22.1MPa，超臨界機組壓力高于此值）。9.C（生物質(zhì)氣化主要產(chǎn)生CO、H?、CH?等混合燃氣，并非以甲烷為主）。10.D（地埋管換熱器與土壤進行熱交換）。二、多項選擇題1.ABC（回?zé)帷⒅虚g冷卻、再熱均可提高效率；降低壓氣機效率會降低性能）。2.BC（可再生能源分布不均，如太陽能集中在高原地區(qū)；能量密度低，如風(fēng)電；間歇性顯著；開發(fā)成本通常高于化石能源）。3.ABCD（鍋爐四大熱損失：排煙、機械不完全燃燒、化學(xué)不完全燃燒、散熱、灰渣物理熱損失，本題全選）。4.ACD（CO?是溫室氣體但非污染物；NOx、CO、HC為主要污染物）。5.BC（物理儲能包括抽水、壓縮空氣、飛輪；鋰離子電池、鉛酸電池為化學(xué)儲能）。三、填空題1.ΔU=QW（閉口系統(tǒng)，Q為吸熱，W為對外做功）。2.等溫（卡諾循環(huán)由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成）。3.壓縮沖程（四沖程順序中的第二步）。4.冷凝器（朗肯循環(huán)四大設(shè)備：鍋爐→汽輪機→冷凝器→給水泵）。5.內(nèi)建電場（光伏效應(yīng)中，光生載流子在內(nèi)建電場作用下分離）。6.燃燒室（燃氣輪機三大部件：壓氣機→燃燒室→渦輪）。7.制熱量（熱泵COP=制熱量/輸入功；制冷機COP=制冷量/輸入功）。8.氣化（生物質(zhì)能利用方式：燃燒、氣化、液化）。9.22.1（水的臨界壓力為22.1MPa）。10.水源（地源熱泵分土壤源、水源兩類）。四、簡答題1.朗肯循環(huán)工作過程：①工質(zhì)（水）在鍋爐中定壓吸熱，由液態(tài)變?yōu)楦邷馗邏赫羝ㄟ^程1→2，等壓加熱）；②高溫高壓蒸汽進入汽輪機絕熱膨脹做功，變?yōu)榈蜏氐蛪悍ζㄟ^程2→3，絕熱膨脹）；③乏汽在冷凝器中定壓放熱，凝結(jié)為飽和水（過程3→4，等壓冷卻）；④飽和水通過給水泵絕熱壓縮，重新送回鍋爐（過程4→1，絕熱壓縮）。Ts圖：橫坐標為熵s，縱坐標為溫度T。四個狀態(tài)點：1（冷凝器出口飽和水）、2（鍋爐出口過熱蒸汽）、3（汽輪機出口乏汽）、4（給水泵出口未飽和水）。過程線：1→2（等壓加熱，上升曲線）、2→3（絕熱膨脹，垂直線向下）、3→4（等壓冷卻，下降曲線）、4→1（絕熱壓縮，垂直線向上）。2.風(fēng)電消納困難原因：①間歇性與波動性：風(fēng)速隨機變化，發(fā)電功率不穩(wěn)定，與電網(wǎng)負荷需求難以匹配；②電網(wǎng)調(diào)峰能力不足：傳統(tǒng)火電、水電調(diào)峰速度慢，無法快速響應(yīng)風(fēng)電波動；③儲能技術(shù)成本高：大規(guī)模儲能（如抽水蓄能、電池儲能）投資大，應(yīng)用受限；④跨區(qū)域輸電能力不足：風(fēng)電富集區(qū)（如“三北”地區(qū)）與負荷中心（東部）距離遠，輸電通道容量有限。解決措施：①發(fā)展“風(fēng)光儲多能互補”系統(tǒng)，通過儲能（如鋰電池、壓縮空氣）平抑風(fēng)電波動；②提升電網(wǎng)智能化水平，利用數(shù)字孿生技術(shù)預(yù)測風(fēng)電出力，優(yōu)化調(diào)度策略。3.渦輪增壓原理：利用內(nèi)燃機排氣的能量驅(qū)動渦輪機，渦輪機帶動同軸的壓氣機，將空氣壓縮后送入氣缸，增加進氣量。對性能的影響：①提高功率：進氣量增加，允許更多燃料燃燒，功率提升30%50%；②改善熱效率：排氣能量回收利用，減少能量浪費；③降低排放：過量空氣系數(shù)增大，燃燒更充分，減少CO、HC等污染物；④可能引發(fā)“渦輪遲滯”：低轉(zhuǎn)速時排氣能量不足，響應(yīng)延遲。4.技術(shù)特點對比：太陽能光熱發(fā)電：通過聚光裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能（如熔鹽儲熱），再驅(qū)動汽輪機發(fā)電；可配置儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電；效率受聚光精度影響，初始投資高；適合大規(guī)模集中式發(fā)電（如100MW級電站）。光伏發(fā)電：利用光伏電池直接將光能轉(zhuǎn)化為電能；無運動部件，維護簡單；輸出功率隨光照強度波動，需配套儲能或并網(wǎng)；適合分布式應(yīng)用（如屋頂光伏、農(nóng)光互補）。應(yīng)用場景：光熱發(fā)電：荒漠、戈壁等光照充足且需連續(xù)供電的地區(qū)（如我國西北）；光伏發(fā)電：城市屋頂、農(nóng)村分布式電站、光伏扶貧項目等小規(guī)模、分散式場景。五、應(yīng)用題1.（1）壓氣機等熵出口溫度T?s=T?·π^[(k1)/k]=300×10^(0.4/1.4)=300×10^0.2857≈300×1.930=579K；實際出口溫度T?=T?+(T?sT?)/ηc=300+(579300)/0.85≈300+328.24=628.24K。（2）渦輪等熵膨脹后的溫度T?s=T?·(1/π)^[(k1)/k]=1500×(1/10)^0.2857≈1500×0.518=777K；實際出口溫度T?=T?ηt·(T?T?s)=15000.9×(1500777)=15000.9×723=1500650.7=849.3K。（3）燃燒室吸熱量q_in=cp·(T?T?)=1.005×(1500628.24)=1.005×871.76≈876.12kJ/kg；熱效率η=w_net/q_in=350/876.12≈0.40，即40%。2.可能原因：燃燒調(diào)整：過量空氣系數(shù)過大（送風(fēng)量過高），導(dǎo)致排煙量增加；燃燒中心上移（如煤粉細度偏粗），火焰行程延長，排煙溫度升高。設(shè)備狀態(tài)：空氣預(yù)熱器積灰或堵塞，降低煙氣與空氣的換熱效率；省煤器結(jié)渣，減少受熱面吸熱量，煙氣熱量未充分利用。燃料特性：燃料水分含量過高（如褐煤），燃燒生成的水蒸氣增加，排煙焓值上升；燃料灰分大，灰粒磨損受熱面，導(dǎo)致傳熱系數(shù)下降。改進措施：①優(yōu)化燃燒調(diào)整，通過氧量計實時監(jiān)測，將過量空氣系數(shù)控制在合理范圍（如1.11.2）；②定期對空氣預(yù)熱器進行高壓水沖洗或蒸汽吹灰，恢復(fù)換熱效率；③對入爐煤進行摻配，降低水分和灰分含量（如混燒煙煤與褐煤）。3.（1）系統(tǒng)組成：關(guān)鍵設(shè)備包括光伏陣列（太陽能發(fā)電）、燃氣輪機（天然氣發(fā)電/供熱）、儲能裝置（鋰電池或蓄熱罐）、能量轉(zhuǎn)換裝置（逆變器、換熱器）、負荷側(cè)（電負荷、熱負荷）。（2）典型日運行策略：白天（光照充足）：光伏陣列優(yōu)先發(fā)電，滿足電負荷需求；多余電能存入鋰電池或轉(zhuǎn)換為熱能儲存（如加熱蓄熱罐）；若光伏出力不足，啟動燃氣