山西長(zhǎng)治市2025年公用設(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)及答案一、工程熱力學(xué)部分1.某理想氣體在可逆絕熱過(guò)程中，初始狀態(tài)為p?=0.5MPa，T?=300K，經(jīng)過(guò)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)。試計(jì)算：（1）終態(tài)溫度T?；（2）單位質(zhì)量氣體的膨脹功w。答案：（1）絕熱過(guò)程滿足泊松公式：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(guò)程膨脹功w=(R(T?-T?))/(κ-1)=287×(300-189.3)/(1.4-1)=287×110.7/0.4≈287×276.75≈79,400J/kg≈79.4kJ/kg。2.某蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，汽輪機(jī)入口蒸汽參數(shù)為p?=10MPa，t?=500℃（h?=3373.7kJ/kg，s?=6.596kJ/(kg·K)），乏汽在冷凝器中壓力p?=0.005MPa（飽和水h?'=137.77kJ/kg，h?''=2561.4kJ/kg；s?'=0.4762kJ/(kg·K)，s?''=8.393kJ/(kg·K)）。假設(shè)汽輪機(jī)為可逆絕熱膨脹，求乏汽的干度x?及單位質(zhì)量蒸汽在汽輪機(jī)中做的功w。答案：可逆絕熱過(guò)程s?=s?，s?=s?'+x?(s?''-s?')。代入數(shù)據(jù)：6.596=0.4762+x?×(8.393-0.4762)，解得x?=(6.596-0.4762)/7.9168≈0.773。汽輪機(jī)做功w=h?-h?=h?-[h?'+x?(h?''-h?')]=3373.7-[137.77+0.773×(2561.4-137.77)]=3373.7-(137.77+0.773×2423.63)=3373.7-(137.77+1873.5)=3373.7-2011.27≈1362.43kJ/kg。二、傳熱學(xué)部分3.一復(fù)合平壁由三層材料組成，厚度分別為δ?=0.05m（λ?=0.8W/(m·K)）、δ?=0.1m（λ?=0.15W/(m·K)）、δ?=0.03m（λ?=0.04W/(m·K)）。平壁兩側(cè)溫度分別為t_w1=300℃，t_w4=25℃。求：（1）單位面積熱流量q；（2）各層間的溫度t_w2、t_w3。答案：（1）總熱阻R=δ?/λ?+δ?/λ?+δ?/λ?=0.05/0.8+0.1/0.15+0.03/0.04=0.0625+0.6667+0.75=1.4792(m2·K)/W。q=(t_w1-t_w4)/R=(300-25)/1.4792≈275/1.4792≈185.9W/m2。（2）t_w2=t_w1-q×(δ?/λ?)=300-185.9×0.0625≈300-11.62≈288.38℃；t_w3=t_w4+q×(δ?/λ?)=25+185.9×0.75≈25+139.43≈164.43℃（或通過(guò)t_w2-q×(δ?/λ?)=288.38-185.9×0.6667≈288.38-123.93≈164.45℃，誤差因四舍五入）。4.水流過(guò)內(nèi)徑d=20mm的圓管，入口水溫t_in=20℃，出口水溫t_out=80℃，管長(zhǎng)L=5m，管壁平均溫度t_w=90℃。已知水的平均溫度t_f=(20+80)/2=50℃，此時(shí)水的物性參數(shù)：ρ=988kg/m3，c_p=4181J/(kg·K)，λ=0.648W/(m·K)，μ=5.49×10??Pa·s，Pr=3.54。假設(shè)流動(dòng)為湍流且充分發(fā)展，求對(duì)流換熱系數(shù)h。答案：首先計(jì)算質(zhì)量流量q_m=ρ×(πd2/4)×u，但題目未給流速，需通過(guò)熱平衡計(jì)算。熱流量Φ=q_mc_p(t_out-t_in)=h×πdL×(t_w-t_f)。其中t_f=50℃，t_w-t_f=40℃。聯(lián)立得h=q_mc_p(t_out-t_in)/(πdL(t_w-t_f))。但需先判斷流態(tài)：雷諾數(shù)Re=ρud/μ=4q_m/(πdμ)。假設(shè)q_m=0.1kg/s（可通過(guò)實(shí)際問題假設(shè)或題目隱含條件，此處為示例），則Re=4×0.1/(π×0.02×5.49×10??)=0.4/(3.449×10??)≈11,590（湍流）。湍流充分發(fā)展時(shí)，用Dittus-Boelter公式：Nu=0.023Re^0.8Pr^0.4。計(jì)算Re=11,590，Nu=0.023×(11590)^0.8×(3.54)^0.4≈0.023×(11590^0.8≈11590^(4/5)=(11590^1/5)^4≈6.5^4≈1785)×(3.54^0.4≈1.5)≈0.023×1785×1.5≈61.7。h=Nu×λ/d=61.7×0.648/0.02≈61.7×32.4≈2000W/(m2·K)（注：實(shí)際計(jì)算中q_m需根據(jù)具體條件確定，此處為簡(jiǎn)化示例）。三、流體力學(xué)部分5.密度ρ=850kg/m3的油在水平圓管中流動(dòng)，管內(nèi)徑d=50mm，長(zhǎng)度L=10m，測(cè)得沿程壓降Δp=15kPa。已知油的動(dòng)力黏度μ=0.1Pa·s，試判斷流動(dòng)狀態(tài)（層流或湍流），并計(jì)算平均流速u和體積流量q_v。答案：沿程水頭損失h_f=Δp/(ρg)=15×103/(850×9.81)≈1.79m。層流時(shí)沿程阻力系數(shù)λ=64/Re，h_f=λ(L/d)(u2/(2g))=(64/Re)(L/d)(u2/(2g))。Re=ρud/μ=850×u×0.05/0.1=425u。代入h_f表達(dá)式：1.79=(64/(425u))×(10/0.05)×(u2/(2×9.81))=(64/(425u))×200×(u2/19.62)=(64×200)/(425×19.62)×u≈(12800)/(8338.5)×u≈1.535u。解得u=1.79/1.535≈1.166m/s。此時(shí)Re=425×1.166≈495（Re<2000，層流），符合假設(shè)。體積流量q_v=u×(πd2/4)=1.166×(π×0.052/4)≈1.166×0.00196≈0.00229m3/s≈2.29L/s。6.水流經(jīng)突然擴(kuò)大管段，小截面直徑d?=50mm，大截面直徑d?=100mm，流速u?=4m/s，水的密度ρ=1000kg/m3。求突然擴(kuò)大的局部水頭損失h_j及壓力差p?-p?。答案：局部水頭損失h_j=(u?-u?)2/(2g)，其中u?=u?×(d?/d?)2=4×(0.05/0.1)2=4×0.25=1m/s。h_j=(4-1)2/(2×9.81)=9/19.62≈0.459m。由伯努利方程（水平管，z?=z?）：p?/ρg+u?2/(2g)=p?/ρg+u?2/(2g)+h_j。整理得p?-p?=ρg(h_j+(u?2-u?2)/(2g))=ρ[(u?2-u?2)/2+gh_j]。代入數(shù)據(jù)：(42-12)/2=15/2=7.5m2/s2，gh_j=9.81×0.459≈4.5m2/s2，總和=7.5+4.5=12m2/s2。p?-p?=1000×12=12,000Pa=12kPa。四、熱工測(cè)量部分7.某熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，冷端溫度t?=30℃，測(cè)得熱電勢(shì)E(t,t?)=33.2mV。已知該熱電偶的分度表中，E(800℃,0℃)=33.2mV，E(30℃,0℃)=1.2mV。試求實(shí)際被測(cè)溫度t。答案：根據(jù)中間溫度定律，E(t,t?)=E(t,0℃)-E(t?,0℃)。已知E(t,t?)=33.2mV，E(t?,0℃)=1.2mV，因此E(t,0℃)=33.2+1.2=34.4mV。查分度表，當(dāng)E(t,0℃)=34.4mV時(shí)，對(duì)應(yīng)的溫度t約為820℃（假設(shè)分度表中820℃對(duì)應(yīng)34.4mV，具體需根據(jù)實(shí)際分度表數(shù)據(jù)）。8.用彈簧管式壓力表測(cè)量管道內(nèi)空氣壓力，壓力表刻度范圍為0~1MPa，精度等級(jí)1.5級(jí)。當(dāng)指針指示0.5MPa時(shí)，求測(cè)量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。答案：絕對(duì)誤差Δ=±(量程×精度等級(jí)%)=±(1×1.5%)=±0.015MPa。相對(duì)誤差δ=Δ/測(cè)量值×100%=±0.015/0.5×100%=±3%。五、自動(dòng)控制基礎(chǔ)部分9.某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/[s(s+1)(s+2)]，試確定系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。答案：系統(tǒng)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)/3|0s?|K|系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是勞斯表第一列全為正：(6-K)/3>0→K<6；K>0。因此，K的穩(wěn)定范圍為0<K<6。10.某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Φ(s)=4/(s2+2s+4)，求系統(tǒng)的阻尼比ζ、無(wú)阻尼自然頻率ω_n、峰值時(shí)間t_p和超調(diào)量σ%。答案：標(biāo)準(zhǔn)二階系統(tǒng)形式Φ(s)=ω_n2/(s2+2ζω_ns+ω_n2)。對(duì)比得ω_n2=4→