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2025年大学能源与动力工程（热力循环原理）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）

答题要求：本卷共6题，每题5分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在题后的括号内。

1. 以下关于热力循环的说法，正确的是（ ）
A. 热力循环是工质从某一状态出发，经历一系列状态变化后又回到初始状态的封闭过程
B. 热力循环的净功等于循环中吸热量减去放热量
C. 正向循环是消耗功来实现热量从低温物体向高温物体传递的循环
D. 逆向循环是把机械能转化为热能的循环

2. 在理想气体的定压加热过程中，气体的内能增加量（ ）
A. 等于吸收的热量
B. 大于吸收的热量
C. 小于吸收的热量
D. 与吸收的热量无关

3. 卡诺循环的效率只与（ ）有关
A. 高温热源和低温热源的温度
B. 工质的性质
C. 循环的吸热量
D. 循环的放热量

4. 朗肯循环中，蒸汽在汽轮机中膨胀作功是（ ）
A. 等温过程
B. 等压过程
C. 等容过程
D. 绝热过程

5. 提高朗肯循环热效率的有效方法是（ ）
A. 提高蒸汽初温
B. 提高蒸汽初压
C. 降低乏汽压力
D. 以上都是

6. 回热循环的主要目的是（ ）
A. 提高循环的热效率
B. 降低汽轮机排汽湿度
C. 减少工质的流量
D. 提高汽轮机的功率

第II卷（非选择题 共70分）

二、填空题（每题4分，共20分）

答题要求：请在每题的横线上填上正确答案。

1. 热力循环按其作用可分为______和______。
2. 理想气体的内能是温度的单值函数，其表达式为______。
3. 卡诺循环由两个______过程和两个______过程组成。
4. 朗肯循环的基本设备包括______、______、______和______。
5. 回热加热器按汽水换热方式可分为______和______。

三、简答题（每题10分，共30分）

答题要求：简要回答问题，答案应简洁明了，要点突出。

1. 简述热力循环的意义。
2. 说明卡诺定理的内容。
3. 分析提高朗肯循环热效率的途径。

四、计算题（共10分）

答题要求：写出详细的计算过程和答案。

已知某朗肯循环，蒸汽初压为3MPa，初温为400℃，乏汽压力为0.004MPa。试求：
1. 循环的热效率；
2. 汽轮机出口蒸汽的干度。

五、论述题（共10分）

答题要求：结合所学知识，对给定的问题进行深入分析和阐述，观点明确，论据充分。

材料：随着能源问题的日益突出，提高能源利用效率成为了研究的重点。热力循环原理在能源动力领域有着广泛的应用。
论述：如何通过优化热力循环来提高能源利用效率。

答案：
一、选择题
1. A
2. C
3. A
4. D
5. D
6. A

二、填空题
1. 动力循环；制冷循环
2. U = mcV(T - T0)（其中m为质量，cV为定容比热容，T为温度，T0为初始温度）
3. 等温；绝热
4. 锅炉；汽轮机；凝汽器；给水泵
5. 表面式；混合式

三、简答题
1. 热力循环的意义在于实现热能与机械能之间的转换，将热能持续地转化为机械能对外做功，满足生产生活中的动力需求，同时提高能源的利用效率，减少能源浪费。
2. 卡诺定理内容为：在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与工质的性质无关；在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切不可逆循环，其热效率都小于可逆循环的热效率。
3. 提高朗肯循环热效率的途径有：提高蒸汽初温，可使循环吸热量增加幅度小于焓降增加幅度，提高热效率；提高蒸汽初压，能增大循环平均吸热温度，提高热效率；降低乏汽压力，可增大循环平均放热温度与平均吸热温度之差，提高热效率。

四、计算题
1. 首先根据蒸汽初压和初温查蒸汽表得h1 = 3231.7kJ/kg，s1 = 6.9234kJ/(kg·K)。乏汽压力下，s2 = s1查饱和蒸汽表得h2' = 121.4kJ/kg，h2'' = 2554.4kJ/kg，s2' = 0.4224kJ/(kg·K)，s2'' = 8.0514kJ/(kg·K)。通过(s2 - s2')/(s2'' - s2')计算得干度x2，进而得h2 = h2' + x2(h2'' - h2')。q1 = h1 - hf（hf为给水焓，此处近似取h2'），q2 = h2 - hf，热效率η = 1 - q2/q1。计算可得热效率。
2. 按照上述计算过程中求干度x2的方法，通过(s2 - s2')/(s2'' - s2')计算汽轮机出口蒸汽的干度。

五、论述题
优化热力循环提高能源利用效率可从多方面入手。一方面，提高蒸汽初参数，如提高蒸汽初温、初压，能提升循环平均吸热温度，使循环更接近卡诺循环，从而提高热效率。另一方面，降低乏汽压力，减小循环平均放热温度，增大吸放热温差，提高能源利用效率。此外，采用回热循环，利用汽轮机排汽加热给水，减少冷源损失，也能有效提高能源利用效率。还可研究新型工质，其热物性更有利于提高循环效率。总之，通过综合优化热力循环各环节，可有效提高能源利用效率。