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超重条件下相变热沉结构拓扑优化及温控性能研究
1
作者 史钦传 王晓煜 +1 位作者 康晓智 曹振新 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1313-1323,共11页
利用相变热沉有望解决高速飞行器大热耗电子设备的热控难题。为强化相变热沉温控性能,基于固体各向同性罚函数的变密度拓扑优化方法对相变热沉进行传热拓扑优化设计。而飞行器在机动飞行过程中常处于超重状态,其可能会影响相变热沉的性... 利用相变热沉有望解决高速飞行器大热耗电子设备的热控难题。为强化相变热沉温控性能,基于固体各向同性罚函数的变密度拓扑优化方法对相变热沉进行传热拓扑优化设计。而飞行器在机动飞行过程中常处于超重状态,其可能会影响相变热沉的性能。因此,对拓扑优化的导热式优化热沉(Ⅰ)和自然对流式优化热沉(Ⅱ)在超重(1g~7g)下的温控性能进行了数值研究。研究结果表明:热沉Ⅱ吸热速度和温控性能优于热沉Ⅰ,PCM总融化时长缩短11 s;以60℃为目标,在1g、3g、5g、和7g下,热沉Ⅱ的温控时长比热沉Ⅰ分别延长了19.75%、17.44%、4.01%和1.62%;超重会强化PCM间的自然对流,显著提升热沉温控性能,但其强化效应随超重的增强而减弱;超重对热沉Ⅰ的强化作用大于热沉Ⅱ,且会缩短热沉间性能差异。 展开更多
关键词 相变材料 拓扑优化 超重 自然对流 温控
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拓扑优化相变热沉在不同重力场的性能 被引量：1
2
作者 王仕淞 殷健宝 +2 位作者 邢玉明 侯煦 王子贤 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期250-259,共10页
为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的... 为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的热性能,研究结果表明:热沉Ⅰ的吸热和均热性能优于热沉Ⅱ;在相同重力环境下,以80℃为目标,热沉Ⅰ温控时间比热沉Ⅱ平均多26.8%;微低重力下热沉内部近乎导热,略逊于常规重力下热性能;超重力强化的自然对流可以显著提升热沉性能,10g条件相比常规重力的温控时间增加8.94%,而相同Ra^(*)下,周期性重力对热沉Ⅰ的性能有抑制作用。研究结果对飞行器载相变热沉的地面细化设计有一定指导意义。 展开更多
关键词 相变材料 山梨糖醇 拓扑优化 热控性能 无量纲数
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相变储能拓扑翅片的性能研究
3
作者 殷健宝 邢玉明 +3 位作者 王仕淞 叶梦岩 王子贤 侯煦 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3274-3282,共9页
为强化翅片管式储能系统的传热速率和相变材料域的温度均匀性,基于带惩罚的固体各向同性材料方法,以两种分形结构和对应翅片体积分数为参数,采用月桂酸为相变材料,进行了拓扑优化设计,并对比研究了拓扑优化的强化导热效果和温度均匀性... 为强化翅片管式储能系统的传热速率和相变材料域的温度均匀性,基于带惩罚的固体各向同性材料方法,以两种分形结构和对应翅片体积分数为参数,采用月桂酸为相变材料,进行了拓扑优化设计,并对比研究了拓扑优化的强化导热效果和温度均匀性。研究表明:壁面温度20℃时,拓扑优化有更好的导热效果,比分形优化分别减少21.18%和12.68%的总凝固时间,相变材料温度最高降低了7.33℃和4.30℃,平均降低了0.98℃和3.85℃;拓扑优化也具备更好的温度均匀性,相变材料平均方差分别为对应分形的33.38%和72.13%;壁温偏离拓扑的设计参数时,其热性能也基本未发生改变。以上结果传导为翅片设计提供了一定参考。 展开更多
关键词 相变材料 拓扑优化 分形优化 数值模拟 翅片优化
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涡轮轴断裂条件下空气系统强瞬变过程分析 被引量：10
4
作者 刘传凯 李圆圆 +2 位作者 李艳茹 姜宏超 丁水汀 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期47-53,共7页
建立了针对空气系统强瞬变过程的控制方程及模块化仿真模型,该模型包括构成瞬态空气系统网络的4类基本元件:容腔元件、节点元件、管道元件和节流元件。上述基本元件及其组合单元的仿真结果与公开的文献数据能够较好的吻合,证明该模型能... 建立了针对空气系统强瞬变过程的控制方程及模块化仿真模型,该模型包括构成瞬态空气系统网络的4类基本元件:容腔元件、节点元件、管道元件和节流元件。上述基本元件及其组合单元的仿真结果与公开的文献数据能够较好的吻合,证明该模型能够模拟容积效应、惯性力作用占主导的强瞬变空气系统演化。在此基础上,仿真分析了某型航空发动机高压涡轮(HPT)轴断裂失效条件下的空气系统强瞬变过程。结果表明,涡轮轴的断裂失效能够引起空气系统内部复杂响应过程,并能导致涡轮盘所受的轴向力反向。该瞬态空气系统模型成功模拟了气流参数毫秒时间量级的动态响应,为深入研究航空发动机内部复杂空气系统的瞬变机理提供了有效的技术手段。 展开更多
关键词 航空发动机 内流空气系统 瞬态 模块化建模 动态仿真
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层板冷却结构流阻特性的实验与数值模拟 被引量：9
5
作者 全栋梁 郁新华 +2 位作者 刘松龄 许都纯 游绍坤 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期425-428,共4页
在吸气式风洞上对两种不同内部流动结构的单层多孔层板进行了流阻实验,采用沿程阻力关系式得出了其流阻特性。应用软件FLUENT,采用隐式有限体积法求解Navier Stokes雷诺时均湍流方程,对层板冷却结构的内部流动进行了数值模拟,湍流模型采... 在吸气式风洞上对两种不同内部流动结构的单层多孔层板进行了流阻实验,采用沿程阻力关系式得出了其流阻特性。应用软件FLUENT,采用隐式有限体积法求解Navier Stokes雷诺时均湍流方程,对层板冷却结构的内部流动进行了数值模拟,湍流模型采用Realizablek ε双方程模型,近壁处湍流利用壁面函数法处理,采用SIM PLE算法求解速度与压力的耦合。计算表明,层板内部流场结构十分复杂,射流冲击后在扰流柱前反卷形成驻涡。层板结构内部存在流速很低的区域。计算得出的流阻特性与实验结果进行了比较,两者符合较好。 展开更多
关键词 冷却系统 流动分布 流体阻力 湍流模型 数值仿真
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小间距单孔冲击凸面靶板流场结构实验 被引量：13
6
作者 毛军逵 刘震雄 郭文 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期1598-1603,共6页
利用烟线法研究了小间距、单孔冲击凸面靶板的流场结构.实验中,改变冲击雷诺数Re、冲击间距和冲击孔直径之比H/d以及冲击靶面相对曲率d/D等参数,通过拍摄流场形态,分析气流分离角度和涡旋结构随上述参数的变化规律.研究结果表明当Re,H/... 利用烟线法研究了小间距、单孔冲击凸面靶板的流场结构.实验中,改变冲击雷诺数Re、冲击间距和冲击孔直径之比H/d以及冲击靶面相对曲率d/D等参数,通过拍摄流场形态,分析气流分离角度和涡旋结构随上述参数的变化规律.研究结果表明当Re,H/d较大时,在凸面靶板周向两侧形成了稳定的旋流结构.随着Re,H/d的增加,冲击射流与靶面分离处对应的圆心角增大,分离推迟.实验中还发现当d/D减小,流体与靶面的分离提前,其相对应的圆心角呈现减小的趋势. 展开更多
关键词 航空、航天推进系统 冲击 凸面 流场显现 旋流结构 小空间
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矩形微槽内FC-72的单相流动和换热实验研究 被引量：5
7
作者 谢永奇 余建祖 +1 位作者 赵增会 秦彦 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第8期739-743,共5页
微槽换热器是解决航空电子设备元器件热控制问题的一条有效途径 .以新型电子设备冷却液FC 72为工质 ,利用 4种不同结构尺寸的矩形微槽 ,进行了微槽内单相流动和强迫对流换热性能实验研究 ;分析了工质流速、过冷度以及微槽结构等对换热... 微槽换热器是解决航空电子设备元器件热控制问题的一条有效途径 .以新型电子设备冷却液FC 72为工质 ,利用 4种不同结构尺寸的矩形微槽 ,进行了微槽内单相流动和强迫对流换热性能实验研究 ;分析了工质流速、过冷度以及微槽结构等对换热性能的影响 ,给出了适用于层流和紊流的单相流动阻力特性实验关联式和单相强迫对流换热实验关联式 ,并对实验结果进行了不确定度分析 .结果表明 ,在矩形微槽换热器中 ,FC 展开更多
关键词 强迫对流 换热 关联 微槽道
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动盘带预旋喷嘴的旋转盘腔内流场的相似分析与数值模拟 被引量：4
8
作者 冯青 卜其龙 刘松龄 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期239-243,共5页
采用 K -ε湍流模型对带有预旋的新型旋转盘腔内的流动进行相似分析和数值计算。分析了预旋系数βr 对某一复杂旋转盘腔流场的影响 ,在旋转盘的计算中提出了一种新的网格剖分方法 ,计算的旋转雷诺数达到 2 .2× 1 0 7。定义了一个... 采用 K -ε湍流模型对带有预旋的新型旋转盘腔内的流动进行相似分析和数值计算。分析了预旋系数βr 对某一复杂旋转盘腔流场的影响 ,在旋转盘的计算中提出了一种新的网格剖分方法 ,计算的旋转雷诺数达到 2 .2× 1 0 7。定义了一个新的压力系数 Cp ,给出了扭矩系数和压力系数随旋转雷诺数变化的关系式 。 展开更多
关键词 旋转盘腔 预旋 K-ε模型 数值模拟
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空气系统双腔模型的压力动态特性分析 被引量：3
9
作者 丁水汀 车巍巍 刘传凯 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期654-661,共8页
当发动机突然加速或发生突发失效时,空气系统在短时间内由容腔效应和管道流体惯性所形成的压力波动将对某些空气系统零部件产生负面影响。在经过验证的模块化瞬态空气系统仿真程序的基础上,分析了双腔模型的管道不同部位和容腔的压力变... 当发动机突然加速或发生突发失效时,空气系统在短时间内由容腔效应和管道流体惯性所形成的压力波动将对某些空气系统零部件产生负面影响。在经过验证的模块化瞬态空气系统仿真程序的基础上,分析了双腔模型的管道不同部位和容腔的压力变化。重点考虑了关键元件的尺寸对压力变化的影响规律。结果表明,此瞬变过程中出现的压力波动与空气系统的几何结构尺寸密切相关。此模型分析方法可以作为研究整机空气系统瞬变过程的基础。 展开更多
关键词 空气系统 双腔模型 压力波动 影响规律 发动机
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某型直升飞机环控系统制冷包设计 被引量：3
10
作者 杨倩 常士楠 袁修干 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期283-286,共4页
针对某型直升飞机 ,提出了其环控系统的简单式空气循环冷却系统的设计方案 ,并对其中关键部件———换热器进行了设计计算 ,其中 ,初级换热器为干换热器 ,次级换热器为湿换热器 .通过计算机程序计算实现了换热器芯体的匹配选择 .此外完... 针对某型直升飞机 ,提出了其环控系统的简单式空气循环冷却系统的设计方案 ,并对其中关键部件———换热器进行了设计计算 ,其中 ,初级换热器为干换热器 ,次级换热器为湿换热器 .通过计算机程序计算实现了换热器芯体的匹配选择 .此外完成了该环控系统的结构设计 ,以及整个系统的阻力计算 ,阻力符合机种性能要求 ,证实了该环控系统设计的可行性 . 展开更多
关键词 直升机 换热器 结构设计 环控系统
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内流系统的网络计算法 被引量：40
11
作者 吴丁毅 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第6期653-657,共5页
提出了一种关于内流系统流动换热的网络计算法。算法特点是将系统的结构和腔室分解成由相应元件和节点组成的网络。用有限元件和流动介质类型就可描述各种结构的内流系统。网络采用节点残量修正法计算，具有良好的通用性和操作性。
关键词 气冷 液压设备 润滑系统 计算机程序 飞机内流
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基于蒙特卡罗法的航空发动机稳态空气系统网络计算 被引量：7
12
作者 胡肖肖 李育隆 吴宏 《航空发动机》 2014年第6期28-32,共5页
为了解决目前稳态空气系统算法在求解复杂网络时不容易获得收敛解的问题,将航空发动机稳态空气系统简化为由节点和元件组成的网络,借助概率思想计算连续性方程和能量方程,建立相应的随机游动模型,运用蒙特卡罗方法求解各节点的压力,再... 为了解决目前稳态空气系统算法在求解复杂网络时不容易获得收敛解的问题,将航空发动机稳态空气系统简化为由节点和元件组成的网络,借助概率思想计算连续性方程和能量方程,建立相应的随机游动模型,运用蒙特卡罗方法求解各节点的压力,再根据流量与元件两端压力的关系,计算流经各元件的流体流量。将计算得到的不同工况下航空发动机稳态空气系统内部节点的压力和流量值,与flowmaster计算结果进行比较,二者吻合较好,压力最大偏差为0.628%。蒙特卡罗方法与网络法相比,优势在于计算简便,且不会出现无法求解复杂空气系统网络的情况。 展开更多
关键词 蒙特卡罗法 稳态 空气系统 压力 流量 航空发动机
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复杂边界条件下的多层多孔壁温度场的计算模型 被引量：3
13
作者 董志锐 周四平 王舟山 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第5期404-408,共5页
经过推导给出了具有孔内和内外表面对流换热及外表面热辐射复杂边界条件下的多层多孔壁温度场的计算模型，并以具有陶瓷隔热涂层的全气膜覆盖气冷叶片为例进行了温度场计算。计算结果表明：陶瓷涂层具有明显的隔热效果，并可明显地减小... 经过推导给出了具有孔内和内外表面对流换热及外表面热辐射复杂边界条件下的多层多孔壁温度场的计算模型，并以具有陶瓷隔热涂层的全气膜覆盖气冷叶片为例进行了温度场计算。计算结果表明：陶瓷涂层具有明显的隔热效果，并可明显地减小冷却空气用量；燃气温度对壁温影响较大；考虑热辐射将更加符合实际物理过程；对于涡轮叶片若不考虑热辐射将低估壁温 １．５％ ～３．５％ 。该模型可用于多层多孔壁冷却结构形式的发动机高温部件的优化设计。 展开更多
关键词 多层多孔壁 航空发动机 传热 气膜冷却 热辐射
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发汗冷却系统烧蚀界面的能控性条件 被引量：5
14
作者 罗学波 尚亚东 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第3期70-75,共6页
本文讨论在给定时段内 ,用发汗剂流量控制烧蚀界面不超过给定界面的可控性问题 。
关键词 发汗冷却系统 烧蚀界面 发汗剂流量控制
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毫米级微型涡轮发动机性能仿真模型 被引量：2
15
作者 刘传凯 李艳茹 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1430-1437,共8页
为满足毫米级微型涡轮发动机性能设计需求,提出了一种毫米级微型涡轮发动机性能仿真模型。该模型采用考虑低雷诺数效应和传热效应的微型涡轮发动机叶轮特性,并将热平衡方程纳入该发动机性能仿真模型的共同工作方程组。通过与静子结构热... 为满足毫米级微型涡轮发动机性能设计需求,提出了一种毫米级微型涡轮发动机性能仿真模型。该模型采用考虑低雷诺数效应和传热效应的微型涡轮发动机叶轮特性,并将热平衡方程纳入该发动机性能仿真模型的共同工作方程组。通过与静子结构热网络方程组的耦合求解,实现了微型涡轮发动机特性和部件传热的动态模拟。以典型毫米级微型涡轮发动机为对象建立了仿真算例,研究了启动过程中发动机内部参数的变化规律。结果表明:毫米级微型涡轮发动机转动惯量对其加速性能影响微小,非稳态传热效应是影响其过渡态特性的主要因素。发动机转子和静子部件达到热响应时间存在显著差异,导致发动机启动过程的工作线呈现多拐点的现象。 展开更多
关键词 微型发动机 热网络法 性能模型 零维仿真 过渡过程
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高超音速进气道的冷却研究 被引量：1
16
作者 顾维藻 刘长春 +1 位作者 涂建平 神家锐 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第2期174-178,共5页
作为我国航天飞机研究的一个开端，本文以美国ＮＡＳＡ高超音速研究发动机ＨＲＥ的进气道几何为模型，进行了飞行马赫数为６时的进气道各部分的气动和气动热计算，并在此基础上提出了以氢燃料作冷却剂的主动冷却结构，进行了冷却计算，... 作为我国航天飞机研究的一个开端，本文以美国ＮＡＳＡ高超音速研究发动机ＨＲＥ的进气道几何为模型，进行了飞行马赫数为６时的进气道各部分的气动和气动热计算，并在此基础上提出了以氢燃料作冷却剂的主动冷却结构，进行了冷却计算，证明提出的冷却结构所需要的氢用量是合理的。 展开更多
关键词 进气道 气动热 冷却 高超音速
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一类冷却系统的双控制元问题 被引量：2
17
作者 宋旭霞 王辉 《哈尔滨师范大学自然科学学报》 CAS 2004年第6期24-27,共4页
本文研究带活动边界的发汗控制系统 ,把发汗剂秒流量与气动热流密度综合在一起作为双控制元讨论了发汗冷却系统的最优控制问题 ,利用泛函数分析方法证明了冷却系统双控制元的存在唯一性 .
关键词 冷却系统 双控制元 活动边界 发汗控制系统 发汗剂秒流量 气动热流密度 飞行器
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流体网络节点残量修正算法的改进 被引量：2
18
作者 张婷婷 刘振侠 吕亚国 《航空工程进展》 2012年第3期274-278,共5页
为了提高流体网络求解的收敛性与稳定性,对网络节点残量修正算法进行改进。基于理论分析,提出使残量修正算法大范围收敛的初值赋值规律,并通过简单模型的数值分析加以验证;在节点残量修正显式迭代的基础上,提出隐式梯形迭代格式,扩大最... 为了提高流体网络求解的收敛性与稳定性,对网络节点残量修正算法进行改进。基于理论分析,提出使残量修正算法大范围收敛的初值赋值规律,并通过简单模型的数值分析加以验证;在节点残量修正显式迭代的基础上,提出隐式梯形迭代格式,扩大最大迭代步长。基于改进方法,以某典型航空发动机空气系统为例进行计算,获得空气系统各节点的压力、温度以及各支路的质量流量。该计算过程显示,相对于残量修正显式迭代,改进计算振荡大幅度减弱,收敛速度提高了80%以上。结果表明:改进算法有效地提高了流体网络求解的稳定性和收敛性。 展开更多
关键词 流体网络 节点残量修正 收敛性和稳定性 赋值规律 隐式梯形迭代
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航空发动机热端部件二次流动和传热耦合方法研究 被引量：4
19
作者 郭晓杰 顾伟 +1 位作者 竺晓程 杜朝辉 《燃气轮机技术》 2014年第2期40-45,共6页
在航空燃气涡轮发动机热端部件设计中,二次流动和传热通常是解耦计算,手工进行迭代的。本文开发了一种二次流动和传热耦合计算的方法,其中流体域(空气系统)计算采用流路网络计算方法,固体域(热端部件)热分析采用有限元方法,结合ANSYS二... 在航空燃气涡轮发动机热端部件设计中,二次流动和传热通常是解耦计算,手工进行迭代的。本文开发了一种二次流动和传热耦合计算的方法,其中流体域(空气系统)计算采用流路网络计算方法,固体域(热端部件)热分析采用有限元方法,结合ANSYS二次开发实现这一耦合计算过程。采用此方法对某型发动机高压涡轮机匣进行了空气系统和传热耦合计算,结果表明:耦合前后,空气系统沿程温升和部件温度场区别较大,而空气系统沿流程的压力、流量区别较小,在进行热端部件热分析时应采用耦合方法进行计算。 展开更多
关键词 热端部件 有限元法 空气系统 流路网络法 流 热耦合方法
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基于CFD的内埋式通风口进气流量研究 被引量：1
20
作者 王玉梅 王婕 《燃气涡轮试验与研究》 北大核心 2013年第2期46-49,共4页
新型内埋式通风口的进气流量用传统方式无法测量。应用计算流体力学软件Fluent,建立了内埋式通风口的三维计算模型;采用标准k-ε湍流模型,分析了飞行高度和飞行马赫数变化对内埋式通风口进气流量的影响规律。结果表明:①飞行马赫数一定... 新型内埋式通风口的进气流量用传统方式无法测量。应用计算流体力学软件Fluent,建立了内埋式通风口的三维计算模型;采用标准k-ε湍流模型,分析了飞行高度和飞行马赫数变化对内埋式通风口进气流量的影响规律。结果表明:①飞行马赫数一定时,高度越高,进气流量越少;通风口进气流速基本不变;内埋式通风口进气量与外界大气的密流成正比。②通风口进气流量随飞行马赫数的增大而增加,但跨声速飞行时进气流量增幅较大,亚声速和超声速飞行时进气流量增加缓慢。 展开更多
关键词 内埋式通风口 进气流量测量 飞行高度 冷却通风系统
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