河北公用設(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)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)量氣體的功量。答案及解析：（1）絕熱過程中，理想氣體滿足等熵過程方程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）絕熱過程功量w=(h?-h?)=c_p(T?-T?)，或由熱力學(xué)第一定律q=Δu+w（q=0）得w=u?-u?=c_v(T?-T?)。c_v=R/(κ-1)=287/(0.4)=717.5J/(kg·K)，故w=717.5×(300-189.3)=717.5×110.7≈79,400J/kg=79.4kJ/kg。2.空氣在活塞式壓氣機(jī)中被等溫壓縮，初始體積V?=0.1m3，壓力p?=0.1MPa，終態(tài)壓力p?=0.5MPa。已知環(huán)境溫度T=293K，求壓氣機(jī)消耗的理論功。答案及解析：等溫過程功量W=∫pdV=p?V?ln(p?/p?)（注意符號，壓縮功為負(fù)）。代入數(shù)據(jù)：W=0.1×10?×0.1×ln(0.1/0.5)=10?×ln(0.2)≈10?×(-1.609)=-16,090J=-16.09kJ。負(fù)號表示外界對氣體做功，即壓氣機(jī)消耗功為16.09kJ。二、傳熱學(xué)部分3.一復(fù)合平壁由三層材料組成，從內(nèi)到外依次為：耐火磚（λ?=1.2W/(m·K)，δ?=0.2m）、保溫磚（λ?=0.15W/(m·K)，δ?=0.1m）、普通磚（λ?=0.8W/(m·K)，δ?=0.15m）。內(nèi)壁面溫度t_w1=800℃，外壁面溫度t_w4=50℃。求：（1）單位面積熱流量；（2）各層間界面溫度。答案及解析：（1）總熱阻R=δ?/λ?+δ?/λ?+δ?/λ?=0.2/1.2+0.1/0.15+0.15/0.8≈0.1667+0.6667+0.1875=1.0209(m2·K)/W。單位面積熱流量q=(t_w1-t_w4)/R=(800-50)/1.0209≈734.6W/m2。（2）界面溫度t_w2=t_w1-q×δ?/λ?=800-734.6×(0.2/1.2)=800-122.4≈677.6℃；t_w3=t_w2-q×δ?/λ?=677.6-734.6×(0.1/0.15)=677.6-489.7≈187.9℃。驗(yàn)證t_w4=t_w3-q×δ?/λ?=187.9-734.6×(0.15/0.8)=187.9-138.1≈49.8℃（與給定值50℃一致，計(jì)算正確）。4.某管道外徑d=100mm，外表面溫度t_w=150℃，周圍空氣溫度t_f=20℃，自然對流換熱系數(shù)h=8W/(m2·K)。求單位管長的散熱量。答案及解析：單位管長表面積A=πd×1=π×0.1=0.314m2/m。散熱量q_l=h×A×(t_w-t_f)=8×0.314×(150-20)=8×0.314×130≈326.56W/m。三、流體力學(xué)部分5.水在水平管道中流動，管道直徑d?=50mm，流速v?=2m/s，流經(jīng)漸擴(kuò)管后直徑d?=100mm。已知水的密度ρ=1000kg/m3，求：（1）擴(kuò)管后的流速v?；（2）兩截面間的壓強(qiáng)差（忽略水頭損失）。答案及解析：（1）連續(xù)性方程v?A?=v?A?，A=πd2/4，故v?=v?×(d?/d?)2=2×(50/100)2=2×0.25=0.5m/s。（2）水平管道z?=z?，伯努利方程p?/ρg+v?2/(2g)=p?/ρg+v?2/(2g)，壓強(qiáng)差Δp=p?-p?=ρ(v?2-v?2)/2=1000×(0.52-22)/2=1000×(-3.75)/2=-1875Pa（負(fù)號表示p?<p?）。6.油在圓管中作層流流動，管長L=10m，直徑d=20mm，流量Q=0.001m3/s，油的動力粘度μ=0.1Pa·s。求：（1）管中心最大流速；（2）沿程水頭損失。答案及解析：（1）平均流速v=Q/A=0.001/[π×(0.02/2)2]=0.001/(3.14×0.0001)=3.18m/s（層流時(shí)最大流速v_max=2v=6.36m/s）。（2）雷諾數(shù)Re=vdρ/μ（ρ未知時(shí)，層流沿程阻力系數(shù)λ=64/Re，而Re=vdρ/μ=4Qρ/(πdμ)，但層流時(shí)水頭損失h_f=λ(L/d)(v2/(2g))，又λ=64/(vdρ/μ)=64μ/(vdρ)，代入得h_f=(64μ/(vdρ))×(L/d)×(v2/(2g))=32μLv/(ρgd2)。代入數(shù)據(jù)：h_f=32×0.1×10×3.18/(1000×9.81×0.022)=32×0.1×10×3.18/(1000×9.81×0.0004)=101.76/(0.3924)≈259.3m（油柱）。四、熱工測量與自動控制部分7.用K型熱電偶測量某爐溫，冷端溫度t?=30℃，測得熱電勢E(t,t?)=36.5mV。已知K型熱電偶分度表中，E(30,0)=1.203mV，E(880,0)=36.805mV，E(870,0)=35.747mV。求實(shí)際爐溫t。答案及解析：根據(jù)中間溫度定律，E(t,0)=E(t,t?)+E(t?,0)=36.5+1.203=37.703mV。查分度表，E(880,0)=36.805mV（此處可能數(shù)據(jù)假設(shè)，實(shí)際需按線性插值），假設(shè)E(900,0)=37.712mV（假設(shè)值），則t≈900℃（具體需根據(jù)實(shí)際分度表精確插值，此處為示例）。8.某溫度控制系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)器，已知比例度δ=50%，積分時(shí)間T_i=1min，微分時(shí)間T_d=0.5min。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)階躍偏差e(t)=2℃時(shí)，求調(diào)節(jié)器的輸出變化量Δu(t)（初始輸出為0）。答案及解析：PID輸出公式Δu(t)=K_p[e(t)+(1/T_i)∫e(t)dt+T_d(de/dt)]，其中K_p=1/δ=2。階躍偏差下，de/dt=0，積分項(xiàng)∫e(t)dt=2t（t單位min）。故Δu(t)=2×2+2×(2t)/1+2×0=4+4t（t≥0）。當(dāng)t=1min時(shí)，Δu=8；t=2min時(shí)，Δu=12，依此類推。五、機(jī)械基礎(chǔ)部分9.一齒輪傳動中，主動輪齒數(shù)z?=20，從動輪齒數(shù)z?=60，模數(shù)m=3mm，壓力角α=20°。求：（1）傳動比i；（2）中心距a；（3）分度圓直徑d?、d?。答案及解析：（1）傳動比i=z?/z?=60/20=3。（2）中心距a=m(z?+z?)/2=3×(20+60)/2=3×40=120mm。（3）分度圓直徑d?=mz?=3×20=60mm，d?=mz?=3×60=180mm。10.一圓截面軸受彎矩M=500N·m和扭矩T=300N·m作用，材料許用應(yīng)力[σ]=100MPa。按第三強(qiáng)度理論校核軸的強(qiáng)度（第三強(qiáng)度理論σ_eq3=√(σ2+4τ2)≤[σ]）。答案及解析：彎曲應(yīng)力σ=32M/(πd3)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ=16T/(πd3)。假設(shè)軸徑d=0.05m（需先假設(shè)或由強(qiáng)度條件反推），則σ=32×500/(π×0.053)=16000/(π×0.000125)=16000/0.0003927≈40.75×10?Pa=40.75MPa；τ=16×300/(π×0.053)=4800/0.0003927≈12.22×10?Pa=12.22MPa。σ_eq3=√(40.752+4×12.222)=√(1660.6+597.3)=√2257.9≈47.5MPa≤100MPa，滿足強(qiáng)度要求。六、電工電子技術(shù)部分11.如圖所示電路（假設(shè)為串聯(lián)RLC電路），電源電壓u=220√2sin(314t)V，R=10Ω，L=0.0318H，C=318μF。求：（1）電路阻抗Z；（2）電流有效值I；（3）有功功率P。答案及解析：（1）感抗X_L=ωL=314×0.0318≈10Ω，容抗X_C=1/(ωC)=1/(314×318×10??)=1/0.1≈10Ω，故阻抗Z=R+j(X_L-X_C)=10+j0=10Ω（諧振狀態(tài)）。（2）電流有效值I=U/Z=220/10=22A。（3）有功功率P=I2R=222×10=4840W。12.一臺三相異步電動機(jī)，額定功率P_N=15k