新疆維吾爾自治區(qū)公用設(shè)備工程師考試(暖通空調(diào)、動(dòng)力專業(yè)基礎(chǔ))全真題庫及答案(2025年)一、熱力學(xué)基礎(chǔ)1.理想氣體狀態(tài)變化過程計(jì)算某空調(diào)系統(tǒng)中，0.5kg的氮?dú)猓∕=28kg/kmol，定壓比熱容cp=1.038kJ/(kg·K)，定容比熱容cv=0.741kJ/(kg·K)）經(jīng)歷等壓加熱過程，初始狀態(tài)為p1=100kPa，T1=293K，加熱后溫度升至T2=393K。求：（1）氣體初始體積V1；（2）過程中吸收的熱量Q；（3）氣體對(duì)外做功W。解答：（1）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV=mRT，其中氣體常數(shù)R=R0/M=8.314/28≈0.297kJ/(kg·K)。初始體積V1=mRT1/p1=0.5×0.297×293/(100×103)×10?≈0.436m3（注意單位換算：1kPa=103Pa，體積單位為m3）。（2）等壓過程熱量Q=mcp(T2-T1)=0.5×1.038×(393-293)=0.5×1.038×100=51.9kJ。（3）等壓過程做功W=p(V2-V1)=mR(T2-T1)=0.5×0.297×(393-293)=0.5×0.297×100=14.85kJ（或由熱力學(xué)第一定律Q=ΔU+W，ΔU=mcvΔT=0.5×0.741×100=37.05kJ，故W=Q-ΔU=51.9-37.05=14.85kJ，結(jié)果一致）。答案：（1）0.436m3；（2）51.9kJ；（3）14.85kJ。2.熱力學(xué)循環(huán)效率計(jì)算某動(dòng)力循環(huán)以空氣為工質(zhì)，執(zhí)行卡諾循環(huán)，高溫?zé)嵩礈囟萒1=1000K，低溫?zé)嵩礈囟萒2=300K。已知循環(huán)中工質(zhì)從高溫?zé)嵩次諢崃縌1=500kJ，求：（1）循環(huán)熱效率η；（2）向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃縌2；（3）循環(huán)凈功Wnet。解答：（1）卡諾循環(huán)效率η=1-T2/T1=1-300/1000=0.7（70%）。（2）由η=Wnet/Q1=(Q1-Q2)/Q1，得Q2=Q1(1-η)=500×(1-0.7)=150kJ。（3）循環(huán)凈功Wnet=ηQ1=0.7×500=350kJ。答案：（1）70%；（2）150kJ；（3）350kJ。二、傳熱學(xué)基礎(chǔ)3.平壁導(dǎo)熱熱流量計(jì)算新疆某建筑外墻為復(fù)合平壁結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外依次為：水泥砂漿層（δ1=20mm，λ1=0.93W/(m·K)）、加氣混凝土層（δ2=200mm，λ2=0.19W/(m·K)）、外保溫層（δ3=50mm，λ3=0.045W/(m·K)）。已知室內(nèi)溫度t1=20℃，室外溫度t4=-25℃，內(nèi)表面換熱系數(shù)h1=8W/(m2·K)，外表面換熱系數(shù)h4=25W/(m2·K)。求單位面積的傳熱量q及各層界面溫度t2、t3（假設(shè)各層接觸良好，無接觸熱阻）。解答：總熱阻R=1/h1+δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3+1/h4代入數(shù)值：1/h1=1/8=0.125(m2·K)/W；δ1/λ1=0.02/0.93≈0.0215；δ2/λ2=0.2/0.19≈1.0526；δ3/λ3=0.05/0.045≈1.1111；1/h4=1/25=0.04；總熱阻R=0.125+0.0215+1.0526+1.1111+0.04≈2.3502(m2·K)/W。單位面積傳熱量q=(t1-t4)/R=(20-(-25))/2.3502≈45/2.3502≈19.15W/m2。界面溫度t2=t1-q/h1=20-19.15/8≈20-2.39≈17.61℃；t3=t2-q×δ1/λ1=17.61-19.15×0.02/0.93≈17.61-0.412≈17.198℃（或通過t3=t4+q×(1/h4+δ3/λ3)=-25+19.15×(0.04+1.1111)=-25+19.15×1.1511≈-25+22.05≈-2.95℃？此處需重新核對(duì)：正確方法應(yīng)為逐層計(jì)算，總溫差分配與熱阻成正比。正確計(jì)算：t1到t2的溫差Δt1=q/h1=19.15/8≈2.39℃，故t2=t1-Δt1=20-2.39=17.61℃；t2到t3的溫差Δt2=q×δ1/λ1=19.15×0.02/0.93≈0.412℃，故t3=t2-Δt2=17.61-0.412=17.198℃；t3到t4的溫差由剩余熱阻決定：剩余熱阻=δ2/λ2+δ3/λ3+1/h4=1.0526+1.1111+0.04=2.2037，Δt3=q×剩余熱阻=19.15×2.2037≈42.2℃，但t3-t4=Δt3→t3=t4+Δt3=-25+42.2=17.2℃，與前一步計(jì)算一致（誤差因四舍五入）。答案：q≈19.15W/m2；t2≈17.61℃；t3≈17.2℃。4.對(duì)流換熱系數(shù)測(cè)量某實(shí)驗(yàn)中，采用熱線風(fēng)速儀測(cè)量管道內(nèi)空氣流速。已知空氣溫度t=30℃（密度ρ=1.165kg/m3，動(dòng)力粘度μ=1.86×10??Pa·s），管道內(nèi)徑d=50mm，熱線風(fēng)速儀測(cè)得某點(diǎn)流速u=5m/s。假設(shè)管內(nèi)流動(dòng)為充分發(fā)展的湍流，求：（1）管內(nèi)平均流速um（湍流時(shí)um≈0.82u_max，此處u為中心流速，u_max=u）；（2）雷諾數(shù)Re；（3）判斷流態(tài)（湍流/層流）。解答：（1）湍流中，中心流速u_max=u=5m/s，平均流速um=0.82u_max=0.82×5=4.1m/s。（2）雷諾數(shù)Re=ρumd/μ=1.165×4.1×0.05/(1.86×10??)≈(1.165×4.1×0.05)/1.86e-5≈(0.2388)/1.86e-5≈12840（或用中心流速計(jì)算Re=ρud/μ=1.165×5×0.05/1.86e-5≈0.29125/1.86e-5≈15660，需明確題目中u是否為平均流速。若題目中u為某點(diǎn)流速，通常取平均流速計(jì)算Re，此處以u(píng)m=4.1m/s計(jì)算）。（3）當(dāng)Re>4000時(shí)為湍流，本題Re≈12840>4000，故為湍流。答案：（1）4.1m/s；（2）≈12840；（3）湍流。三、流體力學(xué)基礎(chǔ)5.伯努利方程應(yīng)用某通風(fēng)系統(tǒng)中，空氣（密度ρ=1.2kg/m3）流經(jīng)水平變徑管道，大管內(nèi)徑D1=200mm，小管內(nèi)徑D2=100mm。測(cè)得大管截面1處靜壓p1=1000Pa，流速u1=5m/s，不計(jì)流動(dòng)阻力，求小管截面2處的靜壓p2。解答：由連續(xù)性方程A1u1=A2u2，A=πd2/4，故u2=u1×(D1/D2)2=5×(200/100)2=5×4=20m/s。水平管道中，伯努利方程為p1/ρ+u12/2=p2/ρ+u22/2（因z1=z2，位能項(xiàng)抵消）。整理得p2=p1+ρ(u12-u22)/2=1000+1.2×(25-400)/2=1000+1.2×(-375)/2=1000-225=775Pa。答案：775Pa。6.管道沿程阻力計(jì)算新疆某集中供暖熱水管道（水溫t=80℃，密度ρ=971.8kg/m3，動(dòng)力粘度μ=0.355×10?3Pa·s），管長(zhǎng)L=500m，內(nèi)徑d=150mm，流量Q=0.05m3/s，管壁絕對(duì)粗糙度Δ=0.2mm。求沿程阻力損失hf（采用達(dá)西公式hf=λ(L/d)(u2/2)，其中λ為沿程阻力系數(shù)）。解答：平均流速u=Q/A=0.05/(π×0.152/4)=0.05/(0.01767)≈2.83m/s。雷諾數(shù)Re=ρud/μ=971.8×2.83×0.15/(0.355×10?3)≈(971.8×0.4245)/0.355e-3≈412.5/0.355e-3≈1,161,972（湍流）。相對(duì)粗糙度Δ/d=0.2/150≈0.00133。查莫迪圖或用柯列布魯克公式1/√λ=-2lg(Δ/(3.7d)+2.51/(Re√λ))，迭代求解：假設(shè)λ=0.02，右邊=-2lg(0.00133/3.7+2.51/(1.16e6×0.1414))≈-2lg(0.000359+0.0000155)=-2lg(0.0003745)≈-2×(-3.427)=6.854，左邊1/√0.02≈7.07，誤差小，調(diào)整λ=0.021，右邊=-2lg(0.000359+2.51/(1.16e6×0.1449))≈-2lg(0.000359+0.000015)=-2×(-3.43)=6.86，左邊1/√0.021≈6.90，接近。取λ≈0.021。沿程阻力損失hf=λ(L/d)(u2/2)=0.021×(500/0.15)×(2.832/2)=0.021×3333.33×4.004≈0.021×13346.67≈280.28Pa。答案：約280.3Pa。四、機(jī)械基礎(chǔ)7.齒輪傳動(dòng)比計(jì)算某減速箱采用三級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)，第一級(jí)傳動(dòng)比i1=4，第二級(jí)i2=3.5，第三級(jí)i3=3。輸入軸轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，求輸出軸轉(zhuǎn)速n4及總傳動(dòng)比i總。解答：總傳動(dòng)比i總=i1×i2×i3=4×3.5×3=42。輸出軸轉(zhuǎn)速n4=n1/i總=1450/42≈34.52r/min。答案：輸出轉(zhuǎn)速≈34.52r/min，總傳動(dòng)比42。五、熱工測(cè)量8.熱電偶測(cè)溫原理某工業(yè)爐采用K型熱電偶（鎳鉻-鎳硅）測(cè)量爐溫，冷端溫度t0=30℃，測(cè)得熱電勢(shì)E(t,t0)=33.29mV。查K型熱電偶分度表（部分?jǐn)?shù)據(jù)：E(800℃,0℃)=33.27mV，E(805℃,0℃)=33.68mV），求爐溫t。解答：根據(jù)中間溫度定律，E(t,t0)=E(t,0℃)-E(t0,0℃)。查分度表，t0=30℃時(shí)，E(t0,0℃)=1.203mV（K型熱電偶30℃對(duì)應(yīng)電勢(shì)約1.203mV）。故E(t,0℃)=E(t,t0)+E(t0,0℃)=33.29+1.203=34.493mV。分度表中，E(800℃,0℃)=33.27mV，E(805℃,0℃)=33.68mV？此處可能數(shù)據(jù)有誤（實(shí)際K型熱電偶800℃電勢(shì)約33.27mV，900℃約37.32mV），假設(shè)題目中數(shù)據(jù)為示例，按給定數(shù)據(jù)計(jì)算：假設(shè)E(800℃