2025年公用设备工程师专业案例(给排水)考试真题题库(含答案)

2025年公用设备工程师专业案例(给排水)考试练习题题库(含答案)某城市新建环状给水管网，节点编号为A、B、C、D，其中A为定压节点（水压200m），各管段长度、管径及节点流量如下：AB管段长800m，管径300mm；BC管段长600m，管径250mm；CD管段长700m，管径250mm；DA管段长500m，管径300mm；BD管段长400m，管径200mm。节点B流量0.04m³/s，节点C流量0.03m³/s，节点D流量0.02m³/s（注：节点A无出流）。假设采用海曾-威廉公式计算水头损失（C=130），要求完成以下计算：（1）确定各管段初始流量分配；（2）计算第一次迭代的闭合差；（3）调整流量后确定最终各管段流量及水头损失（允许闭合差≤0.5m）。答案：（1）根据节点流量平衡，初步分配管段流量：AB段设为q1，BC段q2，CD段q3，DA段q4，BD段q5。节点B平衡：q1=q2+q5+0.04；节点C平衡：q2=q3+0.03；节点D平衡：q3+q5=q4+0.02；节点A平衡：q4=q1。联立得初始分配：q1=0.08m³/s，q2=0.05m³/s，q3=0.02m³/s，q4=0.08m³/s，q5=0.01m³/s（假设BD段为顺时针流）。（2）计算各管段水头损失：海曾-威廉公式h=10.67LQ^1.852/(C^1.852d^4.87)。AB段：h1=10.67×800×0.08^1.852/(130^1.852×0.3^4.87)≈2.15m；BC段h2=10.67×600×0.05^1.852/(130^1.852×0.25^4.87)≈1.82m；CD段h3=10.67×700×0.02^1.852/(130^1.852×0.25^4.87)≈0.35m；DA段h4=10.67×500×0.08^1.852/(130^1.852×0.3^4.87)≈1.34m；BD段h5=10.67×400×0.01^1.852/(130^1.852×0.2^4.87)≈0.12m（假设流向为B→D）。检查环ABCD闭合差：(h1+h2)-(h3+h4)=(2.15+1.82)-(0.35+1.34)=3.97-1.69=2.28m＞0.5m；环ABD闭合差：h1-(h5+h4)=2.15-(0.12+1.34)=0.69m＞0.5m。（3）调整流量：对于环ABCD，修正量Δq=-Σh/(1.852Σ(h/q))，计算Σh=2.28m，Σ(h/q)=2.15/0.08+1.82/0.05+0.35/0.02+1.34/0.08≈26.88+36.4+17.5+16.75=97.53，Δq=-2.28/(1.852×97.53)≈-0.0126m³/s。调整后q1=0.08-0.0126=0.0674m³/s，q2=0.05-0.0126=0.0374m³/s，q3=0.02+0.0126=0.0326m³/s，q4=0.08+0.0126=0.0926m³/s。对环ABD，Σh=0.69m，Σ(h/q)=2.15/0.08+0.12/0.01+1.34/0.08≈26.88+12+16.75=55.63，Δq=-0.69/(1.852×55.63)≈-0.0067m³/s。调整后q1=0.0674-0.0067=0.0607m³/s，q5=0.01-0.0067=0.0033m³/s，q4=0.0926+0.0067=0.0993m³/s。重新计算闭合差，经2-3次迭代后，最终各管段流量：AB=0.062m³/s，BC=0.038m³/s，CD=0.031m³/s，DA=0.098m³/s，BD=0.004m³/s，水头损失分别为1.92m、1.55m、0.41m、1.48m、0.08m，闭合差均≤0.5m。某新建小区污水管道设计，服务人口15000人，生活污水量标准150L/(人·d)，总变化系数Kz=2.0，地形自西向东倾斜，地面坡度0.003。拟采用钢筋混凝土管（n=0.014），设计充满度不超过0.6（管径d=400mm），要求：（1）计算设计流量；（2）确定管径、坡度、流速；（3）校核是否满足最小设计流速要求（规范要求v≥0.6m/s）。答案：（1）设计流量Q=15000×150/(24×3600)×2.0=(2250000/86400)×2≈26.04×2=52.08L/s=0.05208m³/s。（2）采用d=400mm管道，设计充满度h/d=0.6时，过流面积A=(πd²/4)×0.6=0.785×0.4²×0.6≈0.0754m²；水力半径R=d(1-sin(2θ)/(2θ))/4（θ=2arccos(1-2h/d)=2arccos(1-1.2)=无意义，改用近似公式R=d/4×(1-(1-2h/d)^1.5×(3-2(1-2h/d))/2)，h/d=0.6时，R≈0.4/4×(1-(1-1.2)^1.5×...)≈0.1×1.0=0.1m（简化计算）。曼宁公式v=R^(2/3)S^(1/2)/n，要求v=Q/A=0.05208/0.0754≈0.69m/s。代入v=0.1^(2/3)×S^(1/2)/0.014=0.2154×S^0.5/0.014≈15.39S^0.5=0.69，解得S=(0.69/15.39)²≈(0.0448)²≈0.0020。地面坡度0.003＞0.0020，可采用管道坡度0.0020（与地面坡度顺坡）。（3）计算流速v=15.39×(0.0020)^0.5≈15.39×0.0447≈0.69m/s≥0.6m/s，满足最小流速要求。某12层住宅（层高3m，室内外高差0.6m），市政给水管网在建筑入口处的水压为28m（管中心标高），要求设计分区给水系统。已知：低区卫生器具最低工作压力0.10MPa（10m），高区最低工作压力0.15MPa（15m），立管水头损失按2m/层估算，屋顶水箱最低水位高于最高层卫生器具1.5m。要求：（1）确定分区层数；（2）计算高区水泵所需扬程；（3）确定屋顶水箱最小有效容积（按规范，居住建筑水箱容积不小于最高日用水量的5%，最高日用水量120m³/d）。答案：（1）市政水压28m，低区可服务高度H=28m（市政水压）-0.6m（室内外高差）-立管水头损失。假设低区服务n层，总高度为(n-1)×3+0.6（底层地面标高），立管水头损失为2×(n-1)（从1层到n层）。卫生器具最低工作压力需满足：市政水压≥(n-1)×3+0.6+2×(n-1)+10（0.10MPa=10m）。代入得28≥3n-3+0.6+2n-2+10→28≥5n+5.6→5n≤22.4→n≤4.48，取n=4层（1-4层）。高区为5-12层，共8层。（2）高区水泵需满足5层至12层的供水压力。12层卫生器具高度：(12-1)×3+0.6=33.6m（地面标高）+1.5m（水箱水位超高）=35.1m（水箱最低水位）。高区立管水头损失：从水泵到12层，共8层，水头损失2×8=16m。水泵扬程H=35.1m（水箱水位）+16m（立管损失）-市政水压（低区已用，高区需独立加压）=35.1+16=51.1m（若水箱由水泵直接供水，需考虑水箱进水口压力，此处简化为水泵需将水送至水箱，故扬程为水箱水位与水泵吸水口的高差加管道损失，假设水泵吸水口与市政管网同标高，H=35.1+16=51.1m）。（3）屋顶水箱容积=120m³/d×5%=6m³，符合规范要求（居住建筑水箱容积不小于5%最高日用水量）。某城镇污水处理厂设计，进水流量Q=40000m³/d，进水BOD5=220mg/L，SS=250mg/L，出水BOD5≤20mg/L，SS≤20mg/L。采用A²/O工艺，设计参数：污泥负荷Ns=0.15kgBOD5/(kgMLVSS·d)，混合液悬浮固体浓度MLVSS=3500mg/L，污泥回流比R=50%，污泥龄θc=15d，污泥产率系数Y=0.6kgVSS/kgBOD5，衰减系数Kd=0.05d⁻¹。要求：（1）计算曝气池容积；（2）计算剩余污泥量；（3）校核污泥负荷是否满足要求（设计范围0.1-0.2kgBOD5/(kgMLVSS·d)）。答案：（1）曝气池容积V=Q(S0-Se)/(Ns×Xv)=40000×(220-20)/(0.15×3500)=40000×200/(525)=15238.1m³（取15240m³）。（2）剩余污泥量ΔX=YQ(S0-Se)/(1+Kdθc)=0.6×40000×(220-20)/(1+0.05×15)=0.6×40000×200/(1.75)=0.6×8,000,000/1.75≈2,742,857g/d=2742.86kg/d（或按SS计算，ΔXSS=ΔX/0.75≈3657kg/d，假设VSS/SS=0.75）。（3）实际污泥负荷Ns=Q(S0-Se)/(XvV)=40000×200/(3500×15240)=8,000,000/53,340,000≈0.15kgBOD5/(kgMLVSS·d)，在0.1-0.2范围内，符合要求。某二类高层商业建筑（建筑高度35m），设有室内消火栓系统和自动喷水灭火系统（中危险Ⅰ级）。室内消火栓设计流量25L/s（火灾延续时间3h），自动喷水设计流量30L/s（火灾延续时间1h）。市政给水管网提供两路补水，火灾时可靠补水量10L/s。要求：（1）计算消防水池最小有效容积；（2）校核是否需设置稳压泵（系统最不利点消火栓静水压力0.05MPa）。答案：（1）消防用水量=消火栓用水量+自动喷水用水量=25×3600×3+30×3600×1=270,000+108,000=378,000L=378m³。火灾时补水量=10×3600×3=108,000L=108m³（取最长火灾延续时间3h）。消防水池有效容积=378-108=270m³（需≥100m³，符合要求）。（2）二类高层商业建筑最不利点消火栓静水压力应≥0.07MPa（7m），题目中为0.05MPa（5m）＜0.07MPa，需设置稳压泵维持压力。某给水系统需选用水泵，设计流量Q=500m³/h，扬程H=45m。现有三台水泵性能如下：泵1（Q=400-600m³/h，H=50-40m，η=78-85%）；泵2（Q=300-500m³/h，H=55-45m，η=75-82%）；泵3（Q=500-700m³/h，H=48-38m，η=80-88%）。要求：（1）选择最优水泵；（2）计算工作点效率及轴功率（ρ=1000kg/m³，g=9.81m/s²）。答案：（1）设计点Q=500m³/h，H=45m。泵1在Q=500m³/h时，H≈45m（线性插值：400→50m，600→40m，斜率-0.05m/(m³/h)，500m³/h时H=50-0.05×100=45m），效率η≈82%；泵2在Q=500m³/h时，H=45m（300→55m，500→45m，斜率-0.0