2025年公用設(shè)備工程師考試(暖通空調(diào)、動(dòng)力專業(yè)基礎(chǔ))全真題庫(kù)及答案(呂梁)一、工程熱力學(xué)部分1.某理想氣體在可逆絕熱過(guò)程中，初始狀態(tài)為p?=0.5MPa，T?=300K，經(jīng)過(guò)膨脹后壓力降至p?=0.1MPa。已知該氣體的比熱容比κ=1.4，氣體常數(shù)R=287J/(kg·K)。求：（1）膨脹后的溫度T?；（2）單位質(zhì)量氣體對(duì)外做功量w。答案：（1）根據(jù)絕熱過(guò)程溫度壓力關(guān)系T?=T?×(p?/p?)^[(κ-1)/κ]，代入數(shù)據(jù)得T?=300×(0.1/0.5)^[(1.4-1)/1.4]=300×(0.2)^(0.2857)≈300×0.63≈189K；（2）絕熱過(guò)程做功w=(R(T?-T?))/(κ-1)=287×(300-189)/(1.4-1)=287×111/0.4≈79676J/kg≈79.7kJ/kg。2.某蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽參數(shù)為p=3MPa，t=450℃，冷凝器壓力為0.005MPa。已知過(guò)熱蒸汽焓h?=3344kJ/kg，冷凝器出口飽和水焓h?=137.8kJ/kg，汽輪機(jī)排汽焓h?=2160kJ/kg，水泵耗功w_p=3kJ/kg。求循環(huán)熱效率η。答案：循環(huán)凈功w_net=(h?-h?)-w_p=(3344-2160)-3=1181kJ/kg；鍋爐吸熱量q?=h?-h?=3344-137.8=3206.2kJ/kg；熱效率η=w_net/q?=1181/3206.2≈36.8%。3.某空氣壓縮過(guò)程中，初始狀態(tài)為p?=0.1MPa，T?=20℃，壓縮后p?=0.8MPa。若為多變過(guò)程（n=1.25），求單位質(zhì)量空氣的熵變?chǔ)（空氣定壓比熱容c_p=1.005kJ/(kg·K)）。答案：熵變公式Δs=c_p×ln(T?/T?)-R×ln(p?/p?)，其中T?=T?×(p?/p?)^[(n-1)/n]=293×(0.8/0.1)^[(1.25-1)/1.25]=293×8^0.2≈293×1.741≈510K；Δs=1.005×ln(510/293)-0.287×ln(8)=1.005×0.56-0.287×2.079≈0.563-0.597≈-0.034kJ/(kg·K)（負(fù)號(hào)表示熵減）。二、傳熱學(xué)部分4.一厚度δ=50mm的平壁，兩側(cè)分別維持t?=200℃和t?=50℃，平壁材料導(dǎo)熱系數(shù)λ=45W/(m·K)。求：（1）通過(guò)平壁的熱流密度q；（2）若平壁面積A=2m2，求熱流量Φ。答案：（1）q=λ(t?-t?)/δ=45×(200-50)/0.05=45×150/0.05=135000W/m2；（2）Φ=q×A=135000×2=270000W=270kW。5.某管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱，圓管內(nèi)徑d=50mm，水流速u=1.5m/s，水溫t=50℃（水的物性參數(shù)：ν=0.556×10??m2/s，Pr=3.54，λ=0.648W/(m·K)）。判斷流態(tài)并計(jì)算對(duì)流換熱系數(shù)h（湍流時(shí)采用Dittus-Boelter公式Nu=0.023Re^0.8Pr^0.4）。答案：Re=ud/ν=1.5×0.05/0.556×10??≈135072>10?，為湍流；Nu=0.023×(135072)^0.8×(3.54)^0.4≈0.023×(135072^0.8≈135072^0.8≈(10^5)^0.8×1.35^0.8≈10^4×1.25≈12500)×(3.54^0.4≈1.5)≈0.023×12500×1.5≈431.25；h=Nu×λ/d=431.25×0.648/0.05≈5580W/(m2·K)。6.兩平行大平板，發(fā)射率分別為ε?=0.8、ε?=0.6，溫度分別為T(mén)?=800K、T?=500K，板間距遠(yuǎn)小于板的尺寸。求單位面積輻射換熱量q_r（Stefan-Boltzmann常數(shù)σ=5.67×10??W/(m2·K?)）。答案：q_r=σ(T??-T??)/(1/ε?+1/ε?-1)=5.67×10??×(800?-500?)/(1/0.8+1/0.6-1)=5.67×10??×(4096×10?-625×10?)/(1.25+1.666-1)=5.67×(3471×10?)/(1.916)≈5.67×3471/1.916≈10230W/m2。三、流體力學(xué)部分7.某水平放置的漸縮管，進(jìn)口直徑d?=100mm，出口直徑d?=50mm，進(jìn)口流速v?=2m/s，水的密度ρ=1000kg/m3。求：（1）出口流速v?；（2）若忽略水頭損失，進(jìn)口與出口的壓力差Δp。答案：（1）連續(xù)性方程v?A?=v?A?，v?=v?×(d?/d?)2=2×(100/50)2=8m/s；（2）伯努利方程p?/ρg+v?2/(2g)=p?/ρg+v?2/(2g)（水平管z相同），Δp=p?-p?=ρ(v?2-v?2)/2=1000×(64-4)/2=30000Pa=30kPa。8.某圓管流動(dòng)，管徑d=20mm，流量Q=0.001m3/s，流體運(yùn)動(dòng)粘度ν=1×10??m2/s。判斷流態(tài)并計(jì)算沿程水頭損失h_f（λ=64/Re，管長(zhǎng)l=10m）。答案：平均流速v=4Q/(πd2)=4×0.001/(3.14×0.022)≈3.18m/s；Re=vd/ν=3.18×0.02/1×10??=63600>4000，湍流（但題目給λ=64/Re，按層流公式計(jì)算，可能題目假設(shè)層流）；h_f=λ(l/d)(v2/(2g))=(64/63600)×(10/0.02)×(3.182/(2×9.81))≈(0.001006)×500×(10.11/19.62)≈0.001006×500×0.515≈0.259m。9.某通風(fēng)管道系統(tǒng)，總阻力特性曲線為Δp=KQ2（K=100Pa·s2/m?），風(fēng)機(jī)性能曲線為Δp=500-20Q2（Δp單位Pa，Q單位m3/s）。求系統(tǒng)工作點(diǎn)的流量Q和風(fēng)機(jī)壓頭Δp。答案：聯(lián)立方程100Q2=500-20Q2→120Q2=500→Q2≈4.167→Q≈2.04m3/s；Δp=100×(2.04)2≈100×4.16≈416Pa。四、機(jī)械基礎(chǔ)部分10.一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，模數(shù)m=4mm，齒數(shù)z?=20，z?=60，壓力角α=20°。求：（1）分度圓直徑d?、d?；（2）中心距a；（3）齒頂圓直徑d_a1、d_a2。答案：（1）d?=mz?=4×20=80mm，d?=4×60=240mm；（2）a=(d?+d?)/2=(80+240)/2=160mm；（3）齒頂高h(yuǎn)_a=m=4mm，d_a1=d?+2h_a=80+8=88mm，d_a2=240+8=248mm。11.某滾動(dòng)軸承型號(hào)為6208，解釋其含義并確定基本額定動(dòng)載荷C（已知6208的C=29.5kN，當(dāng)量動(dòng)載荷P=15kN，轉(zhuǎn)速n=1000r/min，求額定壽命L??）。答案：型號(hào)含義：6-深溝球軸承，2-尺寸系列（直徑系列2，寬度系列0），08-內(nèi)徑d=40mm；額定壽命L??=(C/P)^3×10^6/(60n)=(29.5/15)^3×10^6/(60×1000)≈(1.967)^3×10^6/60000≈7.63×16.67≈127.2萬(wàn)轉(zhuǎn)。12.某單級(jí)蝸桿傳動(dòng)，蝸桿頭數(shù)z?=2，蝸輪齒數(shù)z?=50，模數(shù)m=8mm，蝸桿分度圓直徑d?=80mm。求：（1）傳動(dòng)比i；（2）蝸桿導(dǎo)程角γ；（3）中心距a。答案：（1）i=z?/z?=50/2=25；（2）蝸桿分度圓直徑d?=mq（q=d?/m=80/8=10），導(dǎo)程角γ=arctan(z?/q)=arctan(2/10)=11.31°；（3）a=m(q+z?)/2=8×(10+50)/2=240mm。五、自動(dòng)控制部分13.某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(s+1))，求：（1）系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)Φ(s)；（2）當(dāng)K=4時(shí)，判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性；（3）若要求系統(tǒng)阻尼比ζ=0.5，求K值。答案：（1）Φ(s)=G(s)/(1+G(s))=K/(s2+s+K)；（2）特征方程s2+s+4=0，判別式Δ=1-16=-15<0，根為共軛復(fù)數(shù)，實(shí)部-0.5<0，系統(tǒng)穩(wěn)定；（3）標(biāo)準(zhǔn)二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)Φ(s)=ω_n2/(s2+2ζω_ns+ω_n2)，對(duì)比得2ζω_n=1，ω_n2=K；ζ=0.5時(shí)，2×0.5×ω_n=1→ω_n=1，故K=ω_n2=1。14.某控制系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)為E(s)/R(s)=1/(1+G(s)H(s))，其中G(s)H(s)=5/(s(s+2))。求輸入r(t)=t時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差e_ss（用終值定理）。答案：穩(wěn)態(tài)誤差e_ss=lim(s→0)s×E(s)=lim(s→0)s×[R(s)/(1+G(s)H(s))]；R(s)=1/s2，代入得e_ss=lim(s→0)s×[1/s2/(1+5/(s(s+2)))]=lim(s→0)[1/s/((s(s+2)+5)/(s(s+2)))]=lim(s→0)[(s+2)/(s(s+2)+5)]=(0+2)/(0+0+5)=2/5=0.4。15.PID控制器的傳遞函數(shù)為G_c(s)=K_p+K_i/s+K_ds，簡(jiǎn)述比例（P）、積分（I）、微分（D）環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。答案：比例環(huán)節(jié)（P）：增大K_p可減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高響應(yīng)速度，但過(guò)大會(huì)導(dǎo)致超調(diào)增加，穩(wěn)定性下降；積分環(huán)節(jié)（I）：消除穩(wěn)態(tài)誤差（尤其對(duì)階躍、斜坡輸入），但會(huì)降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，增加超調(diào)；微分環(huán)節(jié)（D）：預(yù)測(cè)誤差變化趨勢(shì)，抑制超調(diào)，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提高系統(tǒng)阻尼，但對(duì)噪聲敏感。六、熱工測(cè)量部分16.用分度號(hào)為K的熱電偶測(cè)量某爐溫，已知冷端溫度t?=30℃，測(cè)得熱電勢(shì)E(t,t?)=33.29mV。查K型熱電偶分度表：E(800℃,0℃)=33.27mV，E(30℃,0℃)=1.20mV。求實(shí)際爐溫t。答案：根據(jù)中間溫度定律，E(t,0℃)=E(t,t?)+E(t?,0℃)=33.29+1.20=34.49mV；查分度表，E(820℃,0℃)=34.10mV，E(830℃,0℃)=34.51mV，34.49mV接近830℃，故t≈830℃（線性插值：(34.49-34.10)/(34.51-34.10)=0.39/0.41≈0.95，t≈820+0.95×10≈829.5℃，取830℃）。17.某壓力測(cè)量系統(tǒng)，采用量程為0~1MPa的彈簧管壓力表，精度等級(jí)1.5級(jí)。求最大絕對(duì)誤差Δp_max和測(cè)量500kPa時(shí)的相對(duì)誤差δ。答案：最大絕對(duì)誤差Δp_max=量程×精度等級(jí)%=1×1.5%=0.015MPa；測(cè)量500kPa時(shí)相對(duì)誤差δ=Δp_max/測(cè)量值×100%=0.015/0.5×100%=3%。18.簡(jiǎn)述熱電阻測(cè)溫的工作原理及三線制接法的作用。答案：工作原理：熱電阻利用金屬（如Pt、Cu）或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的特性，通過(guò)測(cè)量電阻值間接獲得溫度；三線制接法：在熱電阻與測(cè)量?jī)x表之間連接三根導(dǎo)線，其中兩根用于電流回路，一根用于電壓測(cè)量，可抵消連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化帶來(lái)的誤差，提高測(cè)量精度。七、暖通空調(diào)與動(dòng)力工程應(yīng)用綜合題19.呂梁地區(qū)某辦公建筑，冬季供暖設(shè)計(jì)室外溫度t_w=-12℃，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度t_n=20℃，維護(hù)結(jié)構(gòu)總傳熱系數(shù)K=0.5W/(m2·℃)，建筑面積A=2000m2，窗墻比0.3，冷風(fēng)滲透換氣次數(shù)n=1次/h，房間體積V=5000m3，空氣密度ρ=1.2kg/m3，定壓比熱容c_p=1.005kJ/(kg·℃)。求：（1）維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量Q?；（2）冷風(fēng)滲透耗熱量Q?；（3）總供暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷Q。答案：（1）Q?=K×A×(t_n-t_w)=0.5×2000×(20-(-12))=0.5×2000×32=32000W=32kW；（2）Q?=0.28×c_p×ρ×n×V×(t_n-t_w)=0.28×1005×1.2×1×5000×32/1000（單位轉(zhuǎn)換）=0.28×1005×1.2×5000×32/1000≈0.28×1005×1.2×160≈0.28×192960≈54029W≈54kW（注：0.28為換算系數(shù)，1kJ/h=1000J/3600s≈0.2778W）；（3）Q=Q?+Q?=32+54=86kW。20.某動(dòng)力站蒸汽管道，設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，溫度300℃，采用無(wú)縫鋼管（規(guī)格Φ159×4.5，內(nèi)徑d=150mm），蒸汽流速v=30m/s，密度ρ=5.8kg/m3。求：（1）蒸汽質(zhì)量流量m；（2）若管道水平布置，局部阻力系數(shù)Σζ=2.5，沿程阻力系數(shù)λ=0.02，管長(zhǎng)l=50m，求總壓力損失Δp。答案：