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(河南省開(kāi)封市2025年)一、工程熱力學(xué)部分1.某活塞氣缸裝置內(nèi)封閉0.8kg氮?dú)猓ㄒ暈槔硐霘怏w），初始狀態(tài)為p?=0.3MPa，T?=300K。經(jīng)歷一個(gè)可逆定溫膨脹過(guò)程，壓力降至p?=0.1MPa。已知氮?dú)獾臍怏w常數(shù)R=0.297kJ/(kg·K)，求該過(guò)程中氣體對(duì)外做功及吸收的熱量。答案：定溫過(guò)程中，理想氣體內(nèi)能變化ΔU=0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律Q=W。功的計(jì)算公式為W=mRT?ln(p?/p?)。代入數(shù)據(jù)：W=0.8×0.297×300×ln(0.3/0.1)=0.8×0.297×300×1.0986≈77.4kJ。因此，氣體對(duì)外做功77.4kJ，吸收熱量77.4kJ。2.某蒸汽動(dòng)力循環(huán)采用朗肯循環(huán)，鍋爐出口主蒸汽參數(shù)為p?=8MPa，t?=500℃（h?=3399kJ/kg，s?=6.726kJ/(kg·K)），冷凝器壓力p?=0.005MPa（對(duì)應(yīng)的飽和液體焓h?'=137.8kJ/kg，飽和蒸汽焓h?''=2561kJ/kg，s?''=8.393kJ/(kg·K)）。假設(shè)汽輪機(jī)為絕熱可逆膨脹，求汽輪機(jī)出口蒸汽的干度及循環(huán)凈功。答案：汽輪機(jī)絕熱可逆膨脹過(guò)程熵不變，s?=s?。冷凝器壓力下，s?=s?'+x(s?''-s?')，其中s?'為飽和液體熵（查表得s?'=0.476kJ/(kg·K)）。代入數(shù)據(jù)：6.726=0.476+x(8.393-0.476)，解得x=(6.726-0.476)/(8.393-0.476)=6.25/7.917≈0.79。汽輪機(jī)出口焓h?=h?'+x(h?''-h?')=137.8+0.79×(2561-137.8)=137.8+0.79×2423.2≈137.8+1914.3≈2052.1kJ/kg。循環(huán)凈功w_net=h?-h?-(h?-h?)，其中h?=h?'（凝結(jié)水焓），h?為水泵出口焓（近似h?≈h?+v?(p?-p?)，v?≈0.001005m3/kg，p?-p?≈8MPa），h?≈137.8+0.001005×8000≈137.8+8.04≈145.84kJ/kg。因此，凈功w_net=(3399-2052.1)-(145.84-137.8)=1346.9-8.04≈1338.86kJ/kg。二、傳熱學(xué)部分3.一工業(yè)爐爐墻由耐火磚（λ?=1.2W/(m·K)，δ?=0.2m）、保溫層（λ?=0.1W/(m·K)，δ?=0.15m）和普通磚（λ?=0.8W/(m·K)，δ?=0.1m）組成。爐內(nèi)側(cè)煙氣溫度t_f1=800℃，對(duì)流換熱系數(shù)h?=50W/(m2·K)；外側(cè)環(huán)境溫度t_f2=25℃，對(duì)流換熱系數(shù)h?=15W/(m2·K)。求單位面積熱損失及各層界面溫度。答案：總熱阻R_total=1/h?+δ?/λ?+δ?/λ?+δ?/λ?+1/h?=1/50+0.2/1.2+0.15/0.1+0.1/0.8+1/15≈0.02+0.1667+1.5+0.125+0.0667≈1.8784(m2·K)/W。單位面積熱損失q=(t_f1-t_f2)/R_total=(800-25)/1.8784≈775/1.8784≈412.6W/m2。界面溫度計(jì)算：耐火磚內(nèi)側(cè)溫度t_w1=t_f1-q/h?=800-412.6/50≈800-8.25≈791.75℃；耐火磚與保溫層界面溫度t_w2=t_w1-qδ?/λ?=791.75-412.6×0.2/1.2≈791.75-68.77≈722.98℃；保溫層與普通磚界面溫度t_w3=t_w2-qδ?/λ?=722.98-412.6×0.15/0.1≈722.98-618.9≈104.08℃；普通磚外側(cè)溫度t_w4=t_f2+q/h?=25+412.6/15≈25+27.51≈52.51℃。4.一根水平放置的蒸汽管道，外徑d=100mm，外表面溫度t_w=150℃，周圍空氣溫度t_f=25℃。求單位管長(zhǎng)的自然對(duì)流散熱量（空氣定性溫度取(t_w+t_f)/2=87.5℃，查得空氣物性：λ=0.0305W/(m·K)，ν=21.0×10??m2/s，Pr=0.697，Gr=gβ(t_w-t_f)d3/ν2，β=1/(T_f+273)=1/360.5≈0.00277K?1，g=9.81m/s2）。答案：計(jì)算Gr數(shù)：Gr=9.81×0.00277×(150-25)×(0.1)3/(21.0×10??)2≈9.81×0.00277×125×0.001/(4.41×10?1?)≈(0.00341×0.125)/4.41×10?1?≈0.000426/4.41×10?1?≈9.66×10?。Gr·Pr=9.66×10?×0.697≈6.73×10?，屬于10?~10?范圍，自然對(duì)流準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為Nu=0.53(Gr·Pr)^(1/4)。計(jì)算Nu=0.53×(6.73×10?)^(1/4)≈0.53×(6.73×10?)^0.25≈0.53×(67300000)^0.25≈0.53×(16.1)≈8.53。對(duì)流換熱系數(shù)h=Nu×λ/d=8.53×0.0305/0.1≈2.60W/(m2·K)。單位管長(zhǎng)散熱量q_l=πdh(t_w-t_f)=3.14×0.1×2.60×(150-25)=0.314×2.60×125≈0.314×325≈102.05W/m。三、流體力學(xué)部分5.某通風(fēng)管道系統(tǒng)中，空氣（密度ρ=1.2kg/m3）以流速v=8m/s流經(jīng)一段漸縮管，入口直徑d?=200mm，出口直徑d?=100mm。若忽略流動(dòng)損失，求入口與出口截面的壓差（以Pa為單位）。答案：根據(jù)連續(xù)性方程，A?v?=A?v?，v?=v?(d?/d?)2=8×(200/100)2=8×4=32m/s。應(yīng)用伯努利方程（水平管道，z?=z?）：p?/ρ+v?2/2=p?/ρ+v?2/2，壓差Δp=p?-p?=ρ(v?2-v?2)/2=1.2×(322-82)/2=1.2×(1024-64)/2=1.2×960/2=1.2×480=576Pa。6.一水平放置的圓管，內(nèi)徑d=50mm，輸送水（μ=1.0×10?3Pa·s，ρ=1000kg/m3），流量Q=0.002m3/s。判斷流態(tài)并計(jì)算沿程阻力系數(shù)及每米管長(zhǎng)的沿程水頭損失。答案：平均流速v=4Q/(πd2)=4×0.002/(3.14×0.052)=0.008/(0.00785)≈1.02m/s。雷諾數(shù)Re=vdρ/μ=1.02×0.05×1000/0.001=51000>4000，為湍流。對(duì)于光滑管湍流，當(dāng)Re=5×10?時(shí)，可用布拉修斯公式λ=0.3164/Re^0.25=0.3164/(51000)^0.25≈0.3164/14.9≈0.0212。沿程水頭損失h_f=λ×(l/d)×(v2/(2g))，每米管長(zhǎng)損失h_f/l=λ×(1/d)×(v2/(2g))=0.0212×(1/0.05)×(1.022/(2×9.81))≈0.424×(1.0404/19.62)≈0.424×0.053≈0.0225m（水）。四、機(jī)械基礎(chǔ)部分7.一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，小齒輪齒數(shù)z?=24，大齒輪齒數(shù)z?=72，模數(shù)m=4mm，壓力角α=20°。求傳動(dòng)比、分度圓直徑、齒頂圓直徑及中心距。答案：傳動(dòng)比i=z?/z?=72/24=3；分度圓直徑d?=mz?=4×24=96mm，d?=mz?=4×72=288mm；齒頂圓直徑d_a1=d?+2m=96+8=104mm，d_a2=d?+2m=288+8=296mm；中心距a=(d?+d?)/2=(96+288)/2=192mm。8.某轉(zhuǎn)軸承受徑向載荷F_r=5000N，軸向載荷F_a=2000N，轉(zhuǎn)速n=1500r/min，要求壽命L_h=10000h。若選用深溝球軸承（基本額定動(dòng)載荷C=40kN，載荷系數(shù)f_p=1.2，溫度系數(shù)f_t=1.0），校核該軸承是否滿足壽命要求（壽命公式L??=(C/(f_pP))3×10?/(60n)，當(dāng)量動(dòng)載荷P=F_r（深溝球軸承軸向載荷較小時(shí)P≈F_r））。答案：當(dāng)量動(dòng)載荷P=1.2×5000=6000N=6kN。計(jì)算壽命L??=(40/6)3×10?/(60×1500)≈(6.6667)3×10?/90000≈296.296×11.111≈3292h。實(shí)際要求壽命10000h>3292h，不滿足，需選擇更高額定動(dòng)載荷的軸承。五、自動(dòng)控制部分9.某系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)K的取值范圍。答案：閉環(huán)特征方程為1+G(s)H(s)=0，即s(s+1)(s+2)+K=0，展開(kāi)得s3+3s2+2s+K=0。勞斯表：s3|12s2|3Ks1|(3×2-1×K)/3=(6-K)/3s?|K系統(tǒng)穩(wěn)定條件：所有勞斯表第一列元素為正。因此，(6-K)/3>0→K<6；K>0。綜上，0<K<6時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定。10.某溫度控制系統(tǒng)采用PID控制器，已知系統(tǒng)超調(diào)量過(guò)大，應(yīng)如何調(diào)整PID參數(shù)？若系統(tǒng)