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2025年大学热能动力工程技术（热能工程分析）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。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案填写在相应位置。

1. 以下哪种热力循环效率最高？
A. 朗肯循环
B. 卡诺循环
C. 布雷顿循环
D. 奥托循环

2. 对于蒸汽动力装置，提高蒸汽初参数主要受到以下哪种因素限制？
A. 金属材料性能
B. 汽轮机效率
C. 锅炉容量
D. 凝汽器性能

3. 热机中工质从高温热源吸收的热量Q1，一部分用于对外做功W，另一部分向低温热源放出热量Q2，关于它们之间的关系正确的是？
A. Q1 = W + Q2
B. Q1 = W - Q2
C. Q2 = W + Q1
D. W = Q1 + Q2

4. 以下哪种设备不属于锅炉的主要受热面？
A. 省煤器
B. 过热器
C. 空气预热器
D. 除氧器

5. 燃气轮机中压缩空气的过程接近哪种过程？
A. 等温过程
B. 等压过程
C. 绝热过程
D. 多变过程

6. 当蒸汽在汽轮机中膨胀做功时，其熵的变化情况是？
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 先增大后减小

第II卷（非选择题 共70分）

二．填空题（每题5分，共20分）
答题要求：请在横线上填写合适的内容。

1. 理想气体的内能是温度的单值函数，其表达式为U = ____________。
2. 蒸汽动力循环中，汽轮机输出的功与水泵消耗的功之差称为____________。
3. 卡诺循环由两个等温过程和两个____________过程组成。
4. 锅炉的蒸发设备主要包括____________、水冷壁、汽水分离器等。

三、简答题（每题10分，共20分）
答题要求：简要回答问题，阐述关键要点。

1. 简述提高朗肯循环热效率的主要途径。
2. 说明燃气轮机的工作原理及主要组成部分。

四、分析计算题（每题15分，共30分）
答题要求：根据题目所给条件，进行详细分析和计算，写出计算过程和结果。

1. 已知某蒸汽动力装置的朗肯循环，蒸汽初压力p1 = 10MPa，初温度t1 = 500℃，排汽压力p2 = 0.004MPa。求循环热效率、汽轮机输出功率（设蒸汽流量为100t/h）。（已知相关焓值：h1 = 3375kJ/kg，h2 = 2081kJ/kg，h3 = 121kJ/kg，h4 = 121kJ/kg）
2. 一台燃气轮机采用布雷顿循环，空气进入压气机时压力p1 = 0.1MPa，温度t1 = 27℃，压缩比π = 8，燃气轮机进口温度t3 = 1200℃。求循环热效率。（设空气比热容cp = 1.004kJ/(kg·K)，多变指数n = 1.35）

五、论述题（20分）
答题要求：结合所学知识，对给定话题进行深入论述，观点明确，逻辑清晰，论据充分。

材料：随着能源需求的不断增长和对环境保护要求的提高，新型热能动力循环的研究和应用越来越受到关注。例如，采用回热技术、联合循环技术等可以有效提高能源利用效率。
请论述新型热能动力循环的发展趋势及其对能源利用和环境保护的重要意义。

答案：
第I卷答案：1. B 2. A 3. A 4. D 5. C 6. A
第II卷答案：
二、1. mc(T2 - T1)（m为质量，c为比热容，T1、T2为初末温度） 2. 循环净功 3. 绝热 4. 汽包
三、1. 提高朗肯循环热效率的主要途径有：提高蒸汽初参数，即提高蒸汽压力和温度；降低排汽压力；采用回热循环等。 2. 燃气轮机工作原理：空气在压气机中压缩升温，进入燃烧室与燃料混合燃烧，生成高温高压燃气，燃气在燃气轮机中膨胀做功，带动压气机和其他设备。主要组成部分有压气机、燃烧室、燃气轮机。
四、1.解：
（1）汽轮机做功：
Wt = m(h1 - h2) = 100×1000×(3375 - 2081) = 1.294×10^8kJ/h
水泵做功：
Wp = mh4 - h3) = 100×1000×(121 - 121) = 0kJ/h
循环净功：
Wnet = Wt - Wp = 1.294×10^8kJ/h
锅炉吸热量：
Q1 = m(h1 - h4) = 100×1000×(3375 - 121) = 3.254×10^8kJ/h
循环热效率：
η = Wnet/Q1 = 1.294×10^8÷3.254×10^8 = 0.3976 = 39.76%
（2）汽轮机输出功率：
P = Wt/3600 = 1.294×10^8÷3600 = 3.594×10^4kW = 35.94MW
2. 解：
压气机出口温度：
T2 T1π^( (n - 1)/n ) = 300×8^( (1.35 - 1)/1.35 ) = 540K
燃气轮机出口温度：
T4 = T3/π^( (n - 1)/n ) = 1473/8^( (1.35 - 1)/1.35 ) = 818K
循环吸热量：
Q1 = cp(T3 - T2) = 1.004×(1473 - 540) = 934kJ/kg
循环放热量：
Q2 = cp(T4 - T1) = 1.004×(818 - 300) = 519kJ/kg
循环热效率：
η = 1 - Q开2/Q1 = 1 - 519/934 = 0.444 = 44.4%
五、新型热能动力循环的发展趋势朝着更高效率、更低污染、更灵活适应多种能源等方向发展。采用回热技术能减少冷源损失，联合循环技术可整合不同循环优势。对能源利用而言，能大幅提高能源利用率，降低能源消耗。对环境保护来说，可减少污染物排放，如降低二氧化碳、氮氧化物等排放，助力实现可持续发展，推动能源领域向绿色、高效转型。