2025年能源與動力工程專業(yè)考試試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪種能源不屬于可再生能源？（）A.太陽能B.風能C.天然氣D.水能答案：C解析：可再生能源是指在自然界中可以不斷再生、永續(xù)利用的能源，具有取之不盡，用之不竭的特點，主要包括太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、地熱能和海洋能等。而天然氣是一種化石燃料，屬于不可再生能源。2.卡諾循環(huán)的熱效率取決于（）。A.高溫熱源的溫度B.低溫熱源的溫度C.高溫熱源和低溫熱源的溫度D.工質(zhì)的性質(zhì)答案：C解析：卡諾循環(huán)的熱效率公式為$\eta_{c}=1-\frac{T_{2}}{T_{1}}$，其中$T_{1}$是高溫熱源的溫度，$T_{2}$是低溫熱源的溫度?？梢钥闯隹ㄖZ循環(huán)的熱效率只與高溫熱源和低溫熱源的溫度有關(guān)，與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。3.內(nèi)燃機的實際循環(huán)與理論循環(huán)相比，以下說法錯誤的是（）。A.存在傳熱損失B.存在換氣損失C.熱效率更高D.存在燃燒損失答案：C解析：內(nèi)燃機的實際循環(huán)由于存在傳熱損失、換氣損失、燃燒損失等多種不可逆損失，其熱效率是低于理論循環(huán)的。理論循環(huán)是一種理想情況，忽略了實際過程中的各種損失。4.蒸汽動力循環(huán)中，提高蒸汽初參數(shù)（初壓和初溫），會使（）。A.循環(huán)熱效率降低B.乏汽干度增加C.乏汽干度降低D.汽輪機內(nèi)部效率降低答案：C解析：在蒸汽動力循環(huán)中，提高蒸汽初參數(shù)（初壓和初溫），循環(huán)熱效率會提高。但隨著初壓的提高，在相同的排汽壓力下，乏汽的干度會降低。這是因為初壓升高，蒸汽在膨脹過程中更容易達到飽和狀態(tài)，導致乏汽中水分含量增加。5.離心式壓縮機的主要部件不包括（）。A.葉輪B.擴壓器C.回流器D.活塞答案：D解析：離心式壓縮機主要由葉輪、擴壓器、回流器等部件組成。葉輪是離心式壓縮機的關(guān)鍵部件，它對氣體做功，使氣體獲得能量。擴壓器的作用是將氣體的動能轉(zhuǎn)化為壓力能?；亓髌饔糜谝龑怏w進入下一級葉輪。而活塞是往復(fù)式壓縮機的主要部件，不是離心式壓縮機的部件。6.以下關(guān)于燃料電池的說法正確的是（）。A.燃料電池是一種熱機B.燃料電池將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能C.燃料電池的效率不受卡諾循環(huán)限制D.以上說法都正確答案：D解析：燃料電池是一種將燃料和氧化劑的化學能通過電化學反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它不是熱機，不經(jīng)歷熱機的循環(huán)過程。由于不遵循熱機的卡諾循環(huán)，其效率不受卡諾循環(huán)的限制，可以達到較高的能量轉(zhuǎn)換效率。7.對于制冷循環(huán)，以下說法正確的是（）。A.制冷系數(shù)可以大于1B.制冷系數(shù)總是小于1C.制冷系數(shù)等于1D.制冷系數(shù)與制冷量無關(guān)答案：A解析：制冷系數(shù)是指制冷循環(huán)中制冷量與所消耗的功之比，即$\varepsilon=\frac{Q_{2}}{W}$。在實際的制冷循環(huán)中，制冷量通常會大于所消耗的功，所以制冷系數(shù)可以大于1。制冷系數(shù)與制冷量和所消耗的功都有關(guān)系。8.燃氣輪機循環(huán)中，回熱器的作用是（）。A.提高燃氣輪機的輸出功率B.提高循環(huán)的熱效率C.降低燃氣輪機的排氣溫度D.以上說法都正確答案：D解析：在燃氣輪機循環(huán)中，回熱器利用燃氣輪機的排氣熱量來預(yù)熱進入燃燒室的空氣。這樣可以降低燃氣輪機的排氣溫度，減少熱量損失，同時提高進入燃燒室的空氣溫度，減少燃料的消耗量，從而提高循環(huán)的熱效率。由于熱效率的提高，在相同的燃料輸入下，燃氣輪機的輸出功率也會相應(yīng)提高。9.以下哪種傳熱方式不需要介質(zhì)？（）A.熱傳導B.熱對流C.熱輻射D.以上都需要介質(zhì)答案：C解析：熱傳導是指物體內(nèi)部或物體之間由于溫度差而引起的熱量傳遞現(xiàn)象，需要有物質(zhì)作為傳熱介質(zhì)。熱對流是指流體中各部分之間發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞現(xiàn)象，也需要流體作為介質(zhì)。而熱輻射是通過電磁波來傳遞熱量的，不需要任何介質(zhì)，可以在真空中進行。10.以下關(guān)于能量守恒定律的說法錯誤的是（）。A.能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式B.能量在轉(zhuǎn)化過程中總量保持不變C.能量守恒定律只適用于封閉系統(tǒng)D.能量守恒定律是自然界的基本定律之一答案：C解析：能量守恒定律是指在一個孤立系統(tǒng)中，能量不會憑空產(chǎn)生或消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。該定律不僅適用于封閉系統(tǒng)，也適用于開放系統(tǒng)，只是在開放系統(tǒng)中需要考慮系統(tǒng)與外界的能量交換。11.內(nèi)燃機的壓縮比是指（）。A.氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比B.燃燒室容積與氣缸總?cè)莘e之比C.氣缸工作容積與燃燒室容積之比D.氣缸工作容積與氣缸總?cè)莘e之比答案：A解析：內(nèi)燃機的壓縮比$\varepsilon$定義為氣缸總?cè)莘e$V_{a}$與燃燒室容積$V_{c}$之比，即$\varepsilon=\frac{V_{a}}{V_{c}}$。壓縮比是內(nèi)燃機的一個重要參數(shù)，它對內(nèi)燃機的性能有很大影響，如熱效率、功率等。12.以下關(guān)于太陽能集熱器的說法正確的是（）。A.平板型集熱器的效率總是高于真空管集熱器B.真空管集熱器的保溫性能優(yōu)于平板型集熱器C.平板型集熱器只能用于低溫熱水供應(yīng)D.真空管集熱器不能用于太陽能光伏發(fā)電答案：B解析：真空管集熱器的結(jié)構(gòu)特點使其具有較好的保溫性能，相比平板型集熱器，它能減少熱量散失。平板型集熱器結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但保溫性能相對較差。在不同的工況和應(yīng)用場景下，平板型集熱器和真空管集熱器的效率各有優(yōu)劣，不能簡單地說平板型集熱器的效率總是高于真空管集熱器。平板型集熱器不僅可以用于低溫熱水供應(yīng)，也可用于一些中溫的應(yīng)用場景。真空管集熱器主要用于太陽能光熱利用，一般不能直接用于太陽能光伏發(fā)電，但可以與光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合使用。13.對于軸流式壓縮機，以下說法錯誤的是（）。A.軸流式壓縮機適用于大流量、低壓力比的場合B.軸流式壓縮機的級效率較高C.軸流式壓縮機的結(jié)構(gòu)比離心式壓縮機復(fù)雜D.軸流式壓縮機的流量調(diào)節(jié)范圍比離心式壓縮機寬答案：D解析：軸流式壓縮機適用于大流量、低壓力比的場合，其級效率相對較高。軸流式壓縮機的結(jié)構(gòu)比離心式壓縮機復(fù)雜，因為它有多個級，每個級都包含動葉柵和靜葉柵。而離心式壓縮機的流量調(diào)節(jié)范圍比軸流式壓縮機寬，軸流式壓縮機在小流量工況下容易出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，限制了其流量調(diào)節(jié)范圍。14.以下關(guān)于熱泵的說法正確的是（）。A.熱泵是一種制冷裝置B.熱泵的供熱系數(shù)總是小于1C.熱泵可以將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體D.以上說法都正確答案：C解析：熱泵是一種將低溫熱源的熱量轉(zhuǎn)移到高溫熱源的裝置，它可以看作是一種特殊的制冷裝置，但它的主要目的是供熱。熱泵的供熱系數(shù)$\varepsilon_{h}=\frac{Q_{1}}{W}$，其中$Q_{1}$是供熱量，$W$是所消耗的功。在實際應(yīng)用中，供熱系數(shù)通常大于1。熱泵通過消耗一定的功，可以將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，實現(xiàn)熱量的逆向傳遞。15.在傳熱過程中，以下哪種情況的傳熱系數(shù)最大？（）A.空氣-空氣傳熱B.水-水傳熱C.水-空氣傳熱D.蒸汽-水傳熱答案：D解析：傳熱系數(shù)的大小與傳熱過程中兩側(cè)流體的性質(zhì)、流動狀態(tài)等因素有關(guān)。一般來說，蒸汽的傳熱性能較好，水的傳熱性能也比空氣好。在蒸汽-水傳熱過程中，蒸汽具有較高的汽化潛熱，能夠快速地將熱量傳遞給冷水，所以其傳熱系數(shù)通常比空氣-空氣傳熱、水-空氣傳熱等情況要大。水-水傳熱的傳熱系數(shù)也比較大，但相比蒸汽-水傳熱，蒸汽的凝結(jié)傳熱效果會使傳熱系數(shù)更大。二、多項選擇題（每題3分，共15分）1.以下屬于新能源的有（）。A.核能B.生物質(zhì)能C.潮汐能D.地熱能答案：ABCD解析：新能源是指在新技術(shù)基礎(chǔ)上，可系統(tǒng)地開發(fā)利用的可再生能源，包括太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能等，以及核能等其他能源形式。核能是通過核反應(yīng)從原子核釋放的能量，生物質(zhì)能是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，潮汐能是海水周期性漲落運動中所具有的能量，地熱能是由地殼抽取的天然熱能，它們都屬于新能源的范疇。2.影響內(nèi)燃機動力性能和經(jīng)濟性能的主要因素有（）。A.壓縮比B.過量空氣系數(shù)C.點火提前角（汽油機）或噴油提前角（柴油機）D.轉(zhuǎn)速答案：ABCD解析：壓縮比對內(nèi)燃機的熱效率和功率有重要影響，適當提高壓縮比可以提高內(nèi)燃機的性能。過量空氣系數(shù)反映了混合氣中空氣與燃料的比例關(guān)系，它會影響燃燒的完全程度和內(nèi)燃機的排放性能。點火提前角（汽油機）或噴油提前角（柴油機）對燃燒過程有重要影響，合適的提前角可以使燃燒更充分，提高動力性能和經(jīng)濟性能。轉(zhuǎn)速會影響內(nèi)燃機的充氣效率、燃燒過程等，不同的轉(zhuǎn)速下內(nèi)燃機的性能表現(xiàn)不同。3.以下關(guān)于蒸汽動力循環(huán)的改進措施中，能提高循環(huán)熱效率的有（）。A.提高蒸汽初參數(shù)B.降低蒸汽終參數(shù)C.采用再熱循環(huán)D.采用回熱循環(huán)答案：ABCD解析：提高蒸汽初參數(shù)（初壓和初溫）可以提高循環(huán)的平均吸熱溫度，從而提高循環(huán)熱效率。降低蒸汽終參數(shù)（排汽壓力）可以降低循環(huán)的平均放熱溫度，也能提高循環(huán)熱效率。再熱循環(huán)是將在汽輪機中膨脹到一定壓力的蒸汽引回到鍋爐中重新加熱，然后再進入汽輪機繼續(xù)膨脹做功，它可以提高乏汽的干度，同時提高循環(huán)熱效率?；責嵫h(huán)是利用汽輪機的抽汽來加熱進入鍋爐的給水，減少了冷源損失，提高了循環(huán)的熱效率。4.制冷工質(zhì)的選擇應(yīng)考慮以下哪些因素？（）A.熱力學性質(zhì)B.化學穩(wěn)定性C.環(huán)境友好性D.安全性答案：ABCD解析：制冷工質(zhì)的熱力學性質(zhì)直接影響制冷循環(huán)的性能，如蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、制冷量等。化學穩(wěn)定性好的制冷工質(zhì)在運行過程中不易分解，能保證制冷系統(tǒng)的可靠性。隨著環(huán)保要求的提高，制冷工質(zhì)的環(huán)境友好性越來越受到重視，如對臭氧層的破壞潛能（ODP）和全球變暖潛能（GWP）要盡可能小。安全性也是選擇制冷工質(zhì)的重要因素，包括無毒、不易燃、不爆炸等。5.以下關(guān)于熱交換器的說法正確的有（）。A.間壁式熱交換器是應(yīng)用最廣泛的熱交換器類型B.混合式熱交換器中冷熱流體直接接觸混合進行熱量交換C.蓄熱式熱交換器通過蓄熱體來實現(xiàn)熱量的傳遞D.熱交換器的傳熱系數(shù)越大，傳熱效果越好答案：ABCD解析：間壁式熱交換器由于其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、適用范圍廣等優(yōu)點，是應(yīng)用最廣泛的熱交換器類型?；旌鲜綗峤粨Q器中冷熱流體直接接觸混合，通過質(zhì)量和熱量的交換來實現(xiàn)熱量傳遞，如冷卻塔等。蓄熱式熱交換器是利用蓄熱體先吸收熱流體的熱量，然后再將熱量釋放給冷流體，實現(xiàn)熱量的傳遞。熱交換器的傳熱系數(shù)是衡量其傳熱能力的重要指標，傳熱系數(shù)越大，在相同的傳熱面積和溫差下，傳熱量就越大，傳熱效果越好。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述提高內(nèi)燃機動力性能和經(jīng)濟性能的主要途徑。答：提高內(nèi)燃機動力性能和經(jīng)濟性能的主要途徑有以下幾個方面：（1）合理設(shè)計壓縮比：適當提高壓縮比可以提高內(nèi)燃機的熱效率和功率。但壓縮比過高會導致爆震等問題，需要根據(jù)燃料的性質(zhì)和內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計。（2）優(yōu)化燃燒過程：采用合適的燃燒室形狀、噴油系統(tǒng)（柴油機）或點火系統(tǒng)（汽油機），保證燃料與空氣充分混合，使燃燒更完全、更迅速。例如，采用多氣門技術(shù)可以改善進氣和排氣性能，提高充氣效率，有利于燃燒過程。（3）調(diào)整點火提前角或噴油提前角：合適的點火提前角（汽油機）或噴油提前角（柴油機）可以使燃燒過程在最佳時刻進行，提高動力性能和經(jīng)濟性能。需要根據(jù)內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速、負荷等工況進行實時調(diào)整。（4）提高進氣充量：通過采用增壓技術(shù)，如渦輪增壓或機械增壓，可以提高進氣壓力，增加進入氣缸的空氣量，從而提高燃燒效率和功率輸出。同時，優(yōu)化進氣道和排氣道的設(shè)計，減少流動阻力，也有助于提高進氣充量。（5）降低機械損失：采用先進的潤滑技術(shù)和摩擦副材料，減少發(fā)動機內(nèi)部的摩擦損失。合理設(shè)計發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，降低運動部件的慣性力和摩擦阻力，提高機械效率。（6）控制過量空氣系數(shù)：保持合適的過量空氣系數(shù)，使燃料在接近理論空燃比的條件下燃燒，既能保證燃燒完全，又能提高熱效率。在不同的工況下，需要根據(jù)實際情況調(diào)整過量空氣系數(shù)。2.說明蒸汽動力循環(huán)中再熱循環(huán)和回熱循環(huán)的工作原理及作用。答：（1）再熱循環(huán)的工作原理及作用工作原理：再熱循環(huán)是將在汽輪機中膨脹到一定壓力的蒸汽從汽輪機中抽出，引回到鍋爐的再熱器中重新加熱，使蒸汽溫度升高到與新蒸汽溫度相近或相同，然后再將加熱后的蒸汽送回汽輪機的中、低壓缸繼續(xù)膨脹做功，直至排汽壓力。作用：一是提高乏汽的干度，避免乏汽中水分過多對汽輪機葉片造成侵蝕，延長汽輪機的使用壽命。二是提高循環(huán)的熱效率，通過再熱，增加了蒸汽在汽輪機中的做功量，同時提高了循環(huán)的平均吸熱溫度，從而提高了循環(huán)的熱效率。（2）回熱循環(huán)的工作原理及作用工作原理：回熱循環(huán)是利用汽輪機的抽汽來加熱進入鍋爐的給水。在汽輪機的不同壓力級處抽出部分蒸汽，引入回熱器中，與從冷凝器出來的凝結(jié)水進行熱交換，使凝結(jié)水溫度升高后再進入鍋爐。作用：回熱循環(huán)減少了冷源損失。因為在沒有回熱的情況下，低溫的凝結(jié)水直接進入鍋爐需要吸收大量的熱量，而采用回熱循環(huán)后，利用了汽輪機抽汽的余熱來加熱凝結(jié)水，減少了從鍋爐中吸收的熱量，相當于提高了循環(huán)的平均吸熱溫度，從而提高了循環(huán)的熱效率。3.簡述制冷循環(huán)的基本原理，并說明制冷系數(shù)的物理意義。答：制冷循環(huán)的基本原理是利用制冷劑在不同壓力和溫度下的相變過程來實現(xiàn)熱量的傳遞和轉(zhuǎn)移。以蒸汽壓縮式制冷循環(huán)為例，其主要由壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器四個部件組成，工作過程如下：（1）壓縮過程：低溫低壓的制冷劑蒸汽在壓縮機中被壓縮成高溫高壓的蒸汽。壓縮機消耗外界的功，使制冷劑的壓力和溫度升高。（2）冷凝過程：高溫高壓的制冷劑蒸汽進入冷凝器，在冷凝器中與冷卻介質(zhì)（如空氣或水）進行熱交換，放出熱量，冷凝成高壓液體。（3）節(jié)流過程：高壓液體通過節(jié)流閥節(jié)流降壓，變成低溫低壓的濕蒸汽。節(jié)流閥的作用是使制冷劑的壓力迅速降低，同時溫度也相應(yīng)降低。（4）蒸發(fā)過程：低溫低壓的濕蒸汽進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，蒸發(fā)成低溫低壓的蒸汽。然后蒸汽再進入壓縮機，開始下一個循環(huán)。制冷系數(shù)的物理意義是衡量制冷循環(huán)性能的一個重要指標，它表示制冷循環(huán)中制冷量與所消耗的功之比，即$\varepsilon=\frac{Q_{2}}{W}$，其中$Q_{2}$是制冷量，指單位時間內(nèi)從被冷卻物體中吸收的熱量；$W$是壓縮機所消耗的功。制冷系數(shù)越大，說明在消耗相同的功的情況下，能夠獲得更多的制冷量，制冷循環(huán)的效率越高。四、計算題（每題15分，共25分）1.某理想氣體在定容過程中，從外界吸收熱量$Q_{V}=500\kJ$，氣體的內(nèi)能增加了$\DeltaU=500\kJ$。若該氣體在定壓過程中，從外界吸收熱量$Q_{p}=800\kJ$，已知該氣體的定壓比熱容$c_{p}=1.0\kJ/(kg\cdotK)$，定容比熱容$c_{V}=0.7\kJ/(kg\cdotK)$，求該氣體的質(zhì)量$m$和溫度變化$\DeltaT$。解：（1）根據(jù)熱力學第一定律，在定容過程中，$Q_{V}=\DeltaU$，已知$Q_{V}=500\kJ$，$\DeltaU=500\kJ$，符合定容過程的能量關(guān)系。（2）在定壓過程中，根據(jù)熱量計算公式$Q_{p}=mc_{p}\DeltaT$。由邁耶公式$c_{p}-c_{V}=R$（$R$為氣體常數(shù)），本題暫不需求$R$。已知$Q_{p}=800\kJ$，$c_{p}=1.0\kJ/(kg\cdotK)$。根據(jù)$Q_{p}=mc_{p}\DeltaT$，可得$\DeltaT=\frac{Q_{p}}{mc_{p}}$。又因為在定容過程中，$Q_{V}=mc_{V}\DeltaT$，所以$\DeltaT=\frac{Q_{V}}{mc_{V}}$。由于溫度變化$\DeltaT$在定容和定壓過程中是相同的（因為是同一氣體狀態(tài)變化），則有：$\frac{Q_{p}}{mc_{p}}=\frac{Q_{V}}{mc_{V}}$，即$\frac{Q_{p}}{c_{p}}=\frac{Q_{V}}{c_{V}}$（此式可用于驗證計算的合理性）。由$Q_{p}=mc_{p}\DeltaT$，可得$m=\frac{Q_{p}}{c_{p}\DeltaT}$，先求$\DeltaT$：因為$Q_{p}=mc_{p}\DeltaT$，所以$\DeltaT=\frac{Q_{p}}{mc_{p}}$，又$Q_{V}=mc_{V}\DeltaT$，則$\DeltaT=\frac{Q_{V}}{mc_{V}}$，聯(lián)立可得：$m=\