2025年公用設(shè)備工程師考試(暖通空調(diào)、動力專業(yè)基礎(chǔ))全真題庫及答案(肇慶)一、工程熱力學(xué)部分1.某理想氣體在可逆絕熱過程中，初始狀態(tài)為p?=0.5MPa，T?=300K，經(jīng)過膨脹后壓力降至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)，求膨脹后的溫度T?及單位質(zhì)量氣體對外做功量。答案：（1）絕熱過程溫度計算：由理想氣體可逆絕熱過程方程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)≈300×0.631≈189.3K。（2）單位質(zhì)量做功量：絕熱過程功w=(R/(κ-1))(T?-T?)=[287/(1.4-1)]×(300-189.3)=717.5×110.7≈79,400J/kg（即79.4kJ/kg）。解析：絕熱過程中，理想氣體的溫度與壓力滿足冪函數(shù)關(guān)系，做功量可通過熱力學(xué)第一定律結(jié)合比熱容比推導(dǎo)得出，關(guān)鍵是正確應(yīng)用絕熱過程方程和功的計算公式。2.某蒸汽壓縮制冷循環(huán)中，制冷劑R22在蒸發(fā)器中吸熱，蒸發(fā)溫度為-10℃（對應(yīng)飽和壓力p?=0.35MPa），在冷凝器中放熱，冷凝溫度為40℃（對應(yīng)飽和壓力p_k=1.53MPa）。已知壓縮機(jī)入口為干飽和蒸汽（h?=402kJ/kg），出口為過熱蒸汽（h?=435kJ/kg），冷凝器出口為飽和液體（h?=245kJ/kg），節(jié)流后h?=h?。求循環(huán)制冷系數(shù)ε及單位質(zhì)量制冷劑的制冷量q?。答案：（1）單位制冷量q?=h?-h?=402-245=157kJ/kg。（2）壓縮機(jī)耗功w=h?-h?=435-402=33kJ/kg。（3）制冷系數(shù)ε=q?/w=157/33≈4.76。解析：蒸汽壓縮制冷循環(huán)的核心參數(shù)通過各狀態(tài)點焓值計算，制冷量為蒸發(fā)器中制冷劑吸熱量（h?-h?），壓縮機(jī)耗功為焓差（h?-h?），制冷系數(shù)為兩者比值。需注意節(jié)流過程為等焓過程（h?=h?）。---二、傳熱學(xué)部分3.一無限大平壁，厚度δ=0.2m，兩側(cè)分別維持溫度t?=300℃、t?=100℃，平壁材料導(dǎo)熱系數(shù)λ=50W/(m·K)。求平壁內(nèi)的溫度分布表達(dá)式及通過平壁的熱流密度q。答案：（1）平壁內(nèi)溫度分布為線性分布，設(shè)x為從t?側(cè)到t?側(cè)的距離（0≤x≤δ），則溫度t(x)=t?-(t?-t?)x/δ=300-(200x)/0.2=300-1000x（t單位℃，x單位m）。（2）熱流密度q=λ(t?-t?)/δ=50×(300-100)/0.2=50×200/0.2=50,000W/m2（即50kW/m2）。解析：無限大平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時，溫度分布為線性關(guān)系，熱流密度由傅里葉定律直接計算，與材料導(dǎo)熱系數(shù)、溫差及壁厚相關(guān)。4.某空氣橫掠單管的對流換熱實驗中，空氣流速u=10m/s，管徑d=0.05m，空氣平均溫度t_f=50℃（對應(yīng)物性參數(shù)：ν=17.95×10??m2/s，λ=0.0283W/(m·K)，Pr=0.703）。已知對流換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為Nu=0.193Re^0.618Pr^0.36（Re>10?），求對流換熱系數(shù)h。答案：（1）計算雷諾數(shù)Re=ud/ν=10×0.05/(17.95×10??)≈27,850（>10?，適用給定關(guān)聯(lián)式）。（2）努塞爾數(shù)Nu=0.193×(27,850)^0.618×(0.703)^0.36≈0.193×(27,850^0.618)×0.913。計算27,850^0.618≈e^(0.618×ln27,850)≈e^(0.618×10.23)≈e^6.32≈556，故Nu≈0.193×556×0.913≈99.2。（3）對流換熱系數(shù)h=Nu×λ/d=99.2×0.0283/0.05≈56.1W/(m2·K)。解析：對流換熱計算需先確定流動狀態(tài)（通過Re判斷），再選擇合適的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式，最后由Nu計算h。關(guān)鍵是正確代入物性參數(shù)和關(guān)聯(lián)式中的指數(shù)。---三、流體力學(xué)部分5.水平放置的漸縮管，入口直徑d?=100mm，出口直徑d?=50mm，入口斷面平均流速v?=2m/s，流體密度ρ=1000kg/m3（忽略粘性損失）。求出口斷面流速v?及兩斷面間的壓力差Δp。答案：（1）由連續(xù)性方程v?A?=v?A?，得v?=v?(d?/d?)2=2×(0.1/0.05)2=2×4=8m/s。（2）應(yīng)用伯努利方程（水平管z?=z?）：p?/ρg+v?2/(2g)=p?/ρg+v?2/(2g)，整理得Δp=p?-p?=ρ(v?2-v?2)/2=1000×(64-4)/2=1000×60/2=30,000Pa（即30kPa）。解析：連續(xù)性方程反映質(zhì)量守恒，伯努利方程反映機(jī)械能守恒（理想流體無能量損失），水平管中高度項抵消，壓力差由流速變化引起。6.某圓管內(nèi)水流為湍流，管徑d=0.2m，流量Q=0.05m3/s，水的運動粘度ν=1×10??m2/s，管壁絕對粗糙度Δ=0.2mm。求沿程水頭損失h_f（取管壁摩擦系數(shù)λ=0.11(Δ/d+68/Re)^0.25）。答案：（1）平均流速v=Q/(πd2/4)=0.05/(0.785×0.04)=1.59m/s。（2）雷諾數(shù)Re=vd/ν=1.59×0.2/1×10??=318,000（湍流）。（3）相對粗糙度Δ/d=0.2mm/200mm=0.001。（4）摩擦系數(shù)λ=0.11×(0.001+68/318,000)^0.25≈0.11×(0.001+0.000214)^0.25≈0.11×(0.001214)^0.25≈0.11×0.18≈0.0198。（5）沿程水頭損失h_f=λ(v2/(2g))(L/d)（題目未給管長L，假設(shè)L=100m），則h_f=0.0198×(1.592/(2×9.81))×(100/0.2)≈0.0198×(2.53/19.62)×500≈0.0198×0.129×500≈1.28m。解析：湍流沿程水頭損失計算需先確定Re和相對粗糙度，選擇合適的λ計算公式（本題為經(jīng)驗公式），再代入達(dá)西公式h_f=λ(L/d)(v2/(2g))。若題目未給管長，需假設(shè)典型值或說明計算方法。---四、機(jī)械基礎(chǔ)部分7.一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，小齒輪齒數(shù)z?=20，大齒輪齒數(shù)z?=60，模數(shù)m=4mm，壓力角α=20°，求中心距a、小齒輪分度圓直徑d?、齒頂圓直徑d_a1及齒根圓直徑d_f1（頂隙系數(shù)c=0.25）。答案：（1）中心距a=m(z?+z?)/2=4×(20+60)/2=160mm。（2）小齒輪分度圓直徑d?=mz?=4×20=80mm。（3）齒頂圓直徑d_a1=d?+2m=80+8=88mm（齒頂高系數(shù)h_a=1）。（4）齒根圓直徑d_f1=d?-2m(h_a+c)=80-2×4×(1+0.25)=80-10=70mm。解析：標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的幾何尺寸由模數(shù)、齒數(shù)和壓力角決定，中心距為兩分度圓半徑之和，齒頂圓和齒根圓分別考慮齒頂高和齒根高（h_a=h_am，h_f=(h_a+c)m）。8.某滾動軸承型號為6208，查手冊知其基本額定動載荷C=29.5kN，額定靜載荷C?=18kN，工作轉(zhuǎn)速n=1500r/min，當(dāng)量動載荷P=5kN，載荷系數(shù)f_p=1.2（無沖擊），求軸承壽命L_h（壽命公式L??=(C/(f_pP))^ε×10^6/(60n)，球軸承ε=3）。答案：（1）計算基本額定壽命L??=(29.5/(1.2×5))^3×10^6/(60×1500)=(29.5/6)^3×10^6/90,000≈(4.917)^3×11.11≈118.6×11.11≈1318小時。解析：滾動軸承壽命計算需明確基本額定動載荷、當(dāng)量動載荷及壽命指數(shù)（球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3），載荷系數(shù)考慮實際工況對載荷的影響。---五、自動控制部分9.某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/[s(s+1)(s+2)]，求系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。答案：系統(tǒng)閉環(huán)特征方程為s(s+1)(s+2)+K=0，展開得s3+3s2+2s+K=0。列勞斯表：s3|1|2s2|3|Ks1|(3×2-1×K)/3=(6-K)/3s?|K系統(tǒng)穩(wěn)定條件：勞斯表第一列全為正。故(6-K)/3>0→K<6；K>0。因此K的穩(wěn)定范圍為0<K<6。解析：利用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性，需正確列寫特征方程并構(gòu)建勞斯表，通過第一列元素符號確定參數(shù)范圍。10.某溫度控制系統(tǒng)采用PID控制器，已知系統(tǒng)被控對象傳遞函數(shù)G?(s)=1/(s+1)，控制器傳遞函數(shù)G_c(s)=K_p(1+1/(T_is)+T_ds)。若要求系統(tǒng)階躍響應(yīng)無靜差且超調(diào)量小于20%，應(yīng)如何選擇控制器參數(shù)？答案：（1）無靜差要求系統(tǒng)為Ⅰ型或更高型別，PID控制器中的積分環(huán)節(jié)（1/(T_is)）可將系統(tǒng)型別提升1，原對象為0型，加入積分后變?yōu)棰裥?，階躍輸入靜差為0。（2）超調(diào)量σ%與阻尼比ζ相關(guān)，σ%=e^(-πζ/√(1-ζ2))×100%<20%→ζ>0.456（取ζ≈0.5）。（3）PID控制器通過比例（K_p）、積分（T_i）、微分（T_d）參數(shù)調(diào)整系統(tǒng)動態(tài)性能：增大K_p可提高響應(yīng)速度但可能降低穩(wěn)定性；增大T_i（減小積分作用）可減小超調(diào)但可能增加調(diào)節(jié)時間；增大T_d（微分作用）可預(yù)測誤差變化趨勢，抑制超調(diào)。通常需通過頻域法（如伯德圖）或時域法（如根軌跡）整定參數(shù)，例如取T_d≈0.5T（T為對象時間常數(shù)，此處T=1），T_i≈2T，K_p根據(jù)ζ=0.5計算。解析：PID控制的參數(shù)選擇需兼顧穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能，積分環(huán)節(jié)消除靜差，微分環(huán)節(jié)改善動態(tài)特性，比例環(huán)節(jié)調(diào)整響應(yīng)速度，實際中常結(jié)合經(jīng)驗公式或仿真優(yōu)化。---六、熱工測試技術(shù)部分11.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量某爐溫，已知冷端溫度t?=30℃，測得熱電勢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34.51mV（830℃），插值計算：(34.49-34.10)/(34.51-34.10)=0.39/0.41≈0.95，故t≈820+0.95×10≈829.5℃（約830℃）。解析：熱電偶測溫需考慮冷端溫度補(bǔ)償，中間溫度定律是關(guān)鍵，通過分度表插值確定實際溫度。12.用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量管道內(nèi)空氣流量，已知管道內(nèi)徑D=200mm，孔板孔徑d=100mm（β=d/D=0.5），孔板前后壓差Δp