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(2025年廣東揭陽市)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，終態(tài)壓力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）終態(tài)溫度T?；（2）單位質(zhì)量氣體的焓變Δh（取c?=1005J/(kg·K)）。答案：（1）絕熱過程滿足p?^(1-κ)T?^κ=p?^(1-κ)T?^κ，變形得T?=T?×(p?/p?)^[(κ-1)/κ]=300×(0.1/0.5)^(0.4/1.4)≈300×0.2^0.2857≈300×0.631≈189.3K；（2）Δh=c?(T?-T?)=1005×(189.3-300)≈1005×(-110.7)≈-111253.5J/kg=-111.25kJ/kg。2.某蒸汽動力循環(huán)采用朗肯循環(huán)，鍋爐出口蒸汽參數(shù)為p?=10MPa、t?=500℃（h?=3373.7kJ/kg，s?=6.596kJ/(kg·K)），冷凝器壓力p?=0.005MPa（對應(yīng)飽和水焓h?'=137.8kJ/kg，飽和蒸汽焓h?''=2561.4kJ/kg，s?''=8.393kJ/(kg·K)）。汽輪機為不可逆絕熱膨脹，排汽干度x=0.92。求：（1）汽輪機出口蒸汽焓h?；（2）循環(huán)熱效率η。答案：（1）h?=h?'+x(h?''-h?')=137.8+0.92×(2561.4-137.8)≈137.8+0.92×2423.6≈137.8+2229.7≈2367.5kJ/kg；（2）水泵耗功h?-h?≈v(p?-p?)，v≈0.001005m3/kg（0.005MPa飽和水比容），則h?≈h?+0.001005×(10×103-5)≈137.8+10.05≈147.85kJ/kg；鍋爐吸熱量q?=h?-h?=3373.7-147.85≈3225.85kJ/kg；汽輪機做功w_t=h?-h?=3373.7-2367.5≈1006.2kJ/kg；循環(huán)凈功w_net=w_t-w_p≈1006.2-10.05≈996.15kJ/kg；η=w_net/q?≈996.15/3225.85≈30.9%。二、傳熱學(xué)部分3.一根外徑d=50mm的蒸汽管道，外包兩層保溫材料。內(nèi)層為厚度δ?=30mm的礦渣棉（λ?=0.06W/(m·K)），外層為厚度δ?=20mm的玻璃棉（λ?=0.045W/(m·K)）。管道外壁溫度t_w1=150℃，保溫層外表面溫度t_w3=40℃。求單位長度管道的熱損失q_l及兩層保溫層界面溫度t_w2。答案：單位長度總熱阻R_l=ln(d?/d?)/(2πλ?)+ln(d?/d?)/(2πλ?)，其中d?=0.05m，d?=d?+2δ?=0.05+0.06=0.11m，d?=d?+2δ?=0.11+0.04=0.15m。計算得R_l=ln(0.11/0.05)/(2π×0.06)+ln(0.15/0.11)/(2π×0.045)≈(0.7885)/(0.377)+(0.3285)/(0.2827)≈2.09+1.16≈3.25(m·K)/W；q_l=(t_w1-t_w3)/R_l=(150-40)/3.25≈33.85W/m。界面溫度t_w2=t_w1-q_l×ln(d?/d?)/(2πλ?)=150-33.85×0.7885/(0.377)≈150-33.85×2.09≈150-70.7≈79.3℃。4.某空調(diào)房間采用表面式空氣冷卻器，空氣入口溫度t?=30℃，出口溫度t?=15℃，冷卻器表面平均溫度t_s=10℃。空氣與冷卻器表面的對流換熱系數(shù)α=50W/(m2·K)，空氣比熱容c?=1005J/(kg·K)，質(zhì)量流量m=0.5kg/s。求：（1）冷卻器的換熱量Q；（2）對數(shù)平均溫差Δt_m；（3）冷卻器所需換熱面積A。答案：（1）Q=mc?(t?-t?)=0.5×1005×(30-15)=0.5×1005×15=7537.5W；（2）Δt?=t?-t_s=30-10=20℃，Δt?=t?-t_s=15-10=5℃，Δt_m=(Δt?-Δt?)/ln(Δt?/Δt?)=(20-5)/ln(20/5)=15/1.386≈10.82℃；（3）A=Q/(αΔt_m)=7537.5/(50×10.82)≈7537.5/541≈13.93m2。三、流體力學(xué)部分5.水在水平圓管中作層流流動，管內(nèi)徑d=20mm，流量Q=0.5L/s，水的動力粘度μ=1.0×10?3Pa·s，密度ρ=1000kg/m3。求：（1）管中心最大流速u_max；（2）沿程水頭損失h_f（管長l=10m）。答案：（1）平均流速v=Q/(πd2/4)=0.5×10?3/(π×0.022/4)=0.5×10?3/(3.14×0.0001)≈1.59m/s；層流時u_max=2v=3.18m/s；（2）雷諾數(shù)Re=vdρ/μ=1.59×0.02×1000/1.0×10?3=31800（此處需注意層流Re≤2300，題目可能假設(shè)層流，實際應(yīng)為湍流，但按題設(shè)計算），層流沿程阻力系數(shù)λ=64/Re=64/31800≈0.00201；h_f=λ(l/d)(v2/(2g))=0.00201×(10/0.02)×(1.592/(2×9.81))≈0.00201×500×(2.528/19.62)≈1.005×0.129≈0.129m。6.離心式通風(fēng)機在轉(zhuǎn)速n=1450r/min時，性能曲線為Q=10000m3/h時H=1500Pa。若轉(zhuǎn)速調(diào)整為n'=960r/min，求此時在相似工況下的流量Q'和壓頭H'。答案：相似定律：Q'/Q=n'/n，H'/H=(n'/n)2。計算得Q'=10000×(960/1450)≈6620.7m3/h；H'=1500×(960/1450)2≈1500×0.438≈657Pa。四、機械基礎(chǔ)部分7.某減速箱采用一對標(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°，齒寬b=50mm。求：（1）傳動比i；（2）中心距a；（3）齒頂圓直徑d_a1、d_a2；（4）齒根圓直徑d_f1、d_f2（取齒頂高系數(shù)h_a=1，頂隙系數(shù)c=0.25）。答案：（1）i=z?/z?=60/20=3；（2）a=m(z?+z?)/2=4×80/2=160mm；（3）d_a1=m(z?+2h_a)=4×(20+2)=88mm，d_a2=4×(60+2)=248mm；（4）d_f1=m(z?-2h_a-2c)=4×(20-2-0.5)=4×17.5=70mm，d_f2=4×(60-2-0.5)=4×57.5=230mm。8.某滾動軸承型號為6210，已知基本額定動載荷C=35.0kN，當(dāng)量動載荷P=5kN，工作轉(zhuǎn)速n=1450r/min，載荷系數(shù)f_p=1.2，溫度系數(shù)f_t=1.0。求該軸承的基本額定壽命L_h（以小時計）。答案：基本額定壽命公式L??=(C/(f_pP))^ε×10^6/(60n)，對于球軸承ε=3。代入得L??=(35/(1.2×5))3×10^6/(60×1450)=(35/6)3×10^6/87000≈(5.833)3×11.49≈198.1×11.49≈2277小時。五、自動控制部分9.某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/[s(s+1)(s+2)]，試求：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍；（2）當(dāng)K=2時，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并計算相位裕度γ（截止頻率ω_c由|G(jω_c)H(jω_c)|=1確定）。答案：（1）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行1,2；s2行3,K；s1行(3×2-1×K)/3=(6-K)/3；s?行K。穩(wěn)定條件：(6-K)/3>0且K>0，故0<K<6；（2）K=2時，特征方程s3+3s2+2s+2=0，勞斯表s1行(6-2)/3=4/3>0，所有行首項為正，系統(tǒng)穩(wěn)定。求ω_c：|G(jω)H(jω)|=K/[ω√(ω2+1)√(ω2+2)]=2/[ω√(ω2+1)√(ω2+2)]=1。試算ω=1時，分母=1×√2×√3≈2.449，2/2.449≈0.816<1；ω=0.8時，分母=0.8×√(0.64+1)×√(0.64+2)=0.8×√1.64×√2.64≈0.8×1.28×1.625≈1.664，2/1.664≈1.202>1；用線性插值，設(shè)ω_c=0.85，分母=0.85×√(0.7225+1)×√(0.7225+2)=0.85×√1.7225×√2.7225≈0.85×1.313×1.65≈0.85×2.167≈1.842，2/1.842≈1.086>1；ω_c=0.9時，分母=0.9×√(0.81+1)×√(0.81+2)=0.9×√1.81×√2.81≈0.9×1.345×1.676≈0.9×2.254≈2.029，2/2.029≈0.986≈1。故ω_c≈0.9rad/s。相位角φ(ω_c)=-90°-arctan(ω_c/1)-arctan(ω_c/2)=-90°-arctan(0.9)-arctan(0.45)≈-90°-42°-24.2°≈-156.2°；相位裕度γ=180°+φ(ω_c)=180°-156.2°=23.8°>0，系統(tǒng)穩(wěn)定。六、熱工測量部分10.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_0=30℃，測得熱電勢E(t,t_0)=33.29mV。查K型熱電偶分度表：E(800℃,0℃)=33.27mV，E(30℃,0℃)=1.203mV。求實際爐溫t。答案：根據(jù)中間溫度定律，E(t,0℃)=E(t,t_0)+E(t_0,0℃)=33.29+1.203=34.493mV。查分度表，E(820℃,0℃)=34.10mV，E(830℃,0℃)=34.51mV。34.493mV接近830℃，插值計算：(34.493-34.10)/(34.51-34.10)=0.393/0.41≈0.958，故t≈820+0.958×10≈829.6℃。11.某管道內(nèi)空氣壓力用U型管壓力計測量，工作液體為水（密度ρ=1000kg/m3），U型管兩側(cè)液面高度差h=150mm。當(dāng)?shù)卮髿鈮簆_b=101.3kPa，求管道內(nèi)空氣的絕對壓力p（表壓為正，假設(shè)空氣密度遠(yuǎn)小于水）。答案：表壓p_g=ρgh=1000×9.81×0.15=1471.5Pa≈1.47kPa；絕對壓力p=p_b+p_g=101.3+1.47=102.77kPa。七、暖通空調(diào)專業(yè)綜合題12.某廣東揭陽地區(qū)辦公室，面積50m2，層高3m，人員密度0.1人/m2，顯熱散熱量q_s=80W/人，潛熱散熱量q_l=40W/人，設(shè)備顯熱負(fù)荷Q_e=1500W，照明顯熱負(fù)荷Q_l=800W。室內(nèi)設(shè)計參數(shù)：t_n=26℃，φ_n=60%（含濕量d_n=12g/kg）；室外設(shè)計參數(shù)：t_w=33℃，φ_w=75%（d_w=24g/kg），大氣壓力p=101.3kPa。新風(fēng)量按人員需求取30m3/(h·人)，求：（1）室內(nèi)總顯熱負(fù)荷Q_s；（2）室內(nèi)總潛熱負(fù)荷Q_l；（3）送風(fēng)量G（取送風(fēng)溫差Δt=8℃，空氣比熱容c?=1.005kJ/(kg·K)，空氣密度ρ=1.2kg/m3）；（4）新風(fēng)濕負(fù)荷W（忽略排風(fēng)影響）。答案：（1）人員顯熱=50×0.1×80=400W；總顯熱Q_s=400+1500+800=2700W；（2）人員潛熱=50×0.1×40=200W，Q_l=200W；（3）送風(fēng)量G=Q_s/(c?ρΔt)=2700/(1005×1.2×8)=2700/(9648)≈0.28m3/s=1008m3/h；（4）人員數(shù)=50×0.1=5人，新風(fēng)量=5×30=150m3/h=0.0417m3/s；新風(fēng)質(zhì)量流量m_w=ρ×0.0417=1.2×0.0417≈0.05kg/s；濕負(fù)荷W=m_w(d_w-d_n)=0.05×(24-12)=0.6g/s=2160g/h=2.16kg/h。八、動力專業(yè)綜合題13.某燃?xì)忮仩t房設(shè)計熱負(fù)荷Q=5000kW，采用天然氣（低位熱值Q_net=35.