公用設備工程師考試(暖通空調、動力專業(yè)基礎)全真題庫及答案(陜西省銅川市2025年)一、工程熱力學部分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?=1.5MPa。已知該氣體的比熱容比κ=1.4，氣體常數(shù)R=287J/(kg·K)。求終態(tài)溫度T?及單位質量氣體的內能變化Δu。（計算結果保留兩位小數(shù)）解答：絕熱過程滿足泊松公式T?/T?=(p?/p?)^[(κ-1)/κ]代入數(shù)據(jù)：T?=300×(1.5/0.5)^[(1.4-1)/1.4]=300×3^(0.4/1.4)≈300×3^0.2857≈300×1.365≈409.50K內能變化Δu=c_v(T?-T?)，其中c_v=R/(κ-1)=287/(1.4-1)=717.5J/(kg·K)Δu=717.5×(409.50-300)=717.5×109.5≈78566.25J/kg≈78.57kJ/kg2.某蒸汽動力循環(huán)中，鍋爐產生的過熱蒸汽參數(shù)為p?=8MPa、t?=500℃，進入汽輪機絕熱膨脹至p?=0.005MPa。已知p?=8MPa、t?=500℃時，h?=3399.5kJ/kg，s?=6.726kJ/(kg·K)；p?=0.005MPa時，飽和液體焓h'=137.8kJ/kg，飽和蒸汽焓h''=2561.6kJ/kg，熵s'=0.476kJ/(kg·K)，s''=8.393kJ/(kg·K)。求汽輪機出口蒸汽的干度x?及單位質量蒸汽的做功量w。解答：絕熱膨脹過程熵不變，s?=s?=6.726kJ/(kg·K)由s?=s'+x?(s''-s')得x?=(s?-s')/(s''-s')=(6.726-0.476)/(8.393-0.476)=6.25/7.917≈0.790出口焓h?=h'+x?(h''-h')=137.8+0.790×(2561.6-137.8)=137.8+0.790×2423.8≈137.8+1914.8≈2052.6kJ/kg做功量w=h?-h?=3399.5-2052.6=1346.9kJ/kg二、傳熱學部分3.一厚度δ=50mm的平壁，兩側分別維持t?=300℃、t?=50℃，平壁材料的導熱系數(shù)λ=45W/(m·K)。若平壁面積A=2m2，求通過平壁的導熱量Φ及平壁內的溫度梯度dT/dx。解答：導熱量Φ=λA(t?-t?)/δ=45×2×(300-50)/0.05=45×2×250/0.05=45×10000=450000W=450kW溫度梯度dT/dx=(t?-t?)/δ=(50-300)/0.05=-250/0.05=-5000K/m（負號表示溫度沿x正方向降低）4.溫度為80℃的熱水在φ57×3.5mm的鋼管內流動，管長L=10m，水的流速u=1.5m/s，平均溫度下的物性參數(shù)：ρ=970kg/m3，μ=4×10??Pa·s，λ=0.65W/(m·K)，Pr=2.5。求管內對流換熱系數(shù)h（提示：湍流時Nu=0.023Re^0.8Pr^0.4）。解答：管內徑d=57-2×3.5=50mm=0.05m雷諾數(shù)Re=ρud/μ=970×1.5×0.05/(4×10??)=970×0.075/0.0004=72.75/0.0004=181875>10?，為湍流努塞爾數(shù)Nu=0.023Re^0.8Pr^0.4=0.023×(181875)^0.8×(2.5)^0.4計算Re^0.8≈181875^0.8≈(1.81875×10?)^0.8≈10^(5×0.8)×(1.81875)^0.8≈10?×1.6≈16000Pr^0.4≈2.5^0.4≈1.495Nu≈0.023×16000×1.495≈0.023×23920≈550.16對流換熱系數(shù)h=Nu×λ/d=550.16×0.65/0.05≈550.16×13≈7152.08W/(m2·K)三、流體力學部分5.水平放置的漸縮管，進口直徑d?=100mm，出口直徑d?=50mm，進口斷面流速v?=2m/s，水的密度ρ=1000kg/m3，不計水頭損失。求出口斷面流速v?及兩斷面間的壓強差Δp=p?-p?。解答：連續(xù)性方程A?v?=A?v?，v?=v?×(d?/d?)2=2×(100/50)2=2×4=8m/s伯努利方程p?/ρg+v?2/(2g)=p?/ρg+v?2/(2g)（水平管z?=z?）Δp=p?-p?=ρ(v?2-v?2)/2=1000×(82-22)/2=1000×(64-4)/2=1000×60/2=30000Pa=30kPa6.某通風管道輸送空氣，管長L=50m，直徑d=300mm，沿程阻力系數(shù)λ=0.02，空氣密度ρ=1.2kg/m3，流速v=10m/s。求沿程壓力損失Δp_f及單位質量空氣的沿程能量損失h_f。解答：沿程壓力損失Δp_f=λ×(L/d)×(ρv2)/2=0.02×(50/0.3)×(1.2×102)/2計算：50/0.3≈166.67，1.2×100=120，120/2=60Δp_f=0.02×166.67×60≈0.02×10000.2≈200.00Pa單位質量能量損失h_f=Δp_f/ρ=200/1.2≈166.67J/kg四、機械基礎部分7.某齒輪傳動中，主動輪齒數(shù)z?=20，從動輪齒數(shù)z?=60，模數(shù)m=5mm，壓力角α=20°。求傳動比i、中心距a及主動輪分度圓直徑d?。解答：傳動比i=z?/z?=60/20=3分度圓直徑d?=mz?=5×20=100mm，d?=mz?=5×60=300mm中心距a=(d?+d?)/2=(100+300)/2=200mm8.一受拉螺栓連接，螺栓材料的許用拉應力[σ]=120MPa，所受軸向拉力F=20kN，螺栓小徑d?=16mm。校核螺栓的拉伸強度是否滿足要求。解答：螺栓的應力σ=4F/(πd?2)=4×20000/(3.14×162)=80000/(3.14×256)=80000/803.84≈99.5MPa比較σ=99.5MPa<[σ]=120MPa，強度滿足要求五、電工電子技術部分9.如圖所示直流電路（注：假設電路為R1=10Ω與R2=20Ω并聯(lián)后，與R3=5Ω串聯(lián)，接于U=30V電源），求總電阻R_total、總電流I、R1支路電流I1及R3的電壓U3。解答：并聯(lián)部分電阻R并=R1×R2/(R1+R2)=10×20/30≈6.667Ω總電阻R_total=R并+R3=6.667+5≈11.667Ω總電流I=U/R_total=30/11.667≈2.571AR1支路電流I1=I×R2/(R1+R2)=2.571×20/30≈1.714AR3的電壓U3=I×R3=2.571×5≈12.855V10.某單相變壓器額定容量S_N=50kVA，額定電壓U1_N/U2_N=10kV/0.4kV。求額定電流I1_N、I2_N及變比k。解答：I1_N=S_N/U1_N=50000/10000=5AI2_N=S_N/U2_N=50000/400=125A變比k=U1_N/U2_N=10000/400=25六、自動控制原理部分11.已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)H(s)=K/[s(s+1)(s+2)]，求系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。解答：特征方程為1+G(s)H(s)=0，即s(s+1)(s+2)+K=0→s3+3s2+2s+K=0列勞斯表：s312s23Ks1(3×2-1×K)/3=(6-K)/3s?K穩(wěn)定條件：勞斯表第一列全為正故(6-K)/3>0→K<6，且K>0（開環(huán)增益為正）所以K的穩(wěn)定范圍是0<K<612.某二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Φ(s)=ω_n2/(s2+2ζω_ns+ω_n2)，已知超調量σ%=16.3%，調整時間t_s=2s（Δ=5%），求阻尼比ζ和無阻尼自然頻率ω_n。解答：超調量σ%=e^(-πζ/√(1-ζ2))×100%=16.3%取自然對數(shù)：-πζ/√(1-ζ2)=ln(0.163)≈-1.81平方得：π2ζ2/(1-ζ2)=3.276→9.8696ζ2=3.276(1-ζ2)→9.8696ζ2+3.276ζ2=3.276→13.1456ζ2=3.276→ζ2≈