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轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟 被引量:21
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作者 周大庆 吴玉林 刘树红 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期233-238,共6页
通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间... 通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。计算结果表明,所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。 展开更多
关键词 轴流式水轮机模型 飞逸过程 三维非稳态湍流数值模拟
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灯泡式水轮机飞逸过渡过程3维CFD模拟 被引量:17
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作者 夏林生 程永光 +1 位作者 张晓曦 张春泽 《四川大学学报(工程科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期35-41,共7页
水轮机飞逸时会发生一系列由惯性附加力引起的不稳定现象,影响机组安全性。灯泡贯流式水轮机流道较短,纵横尺寸在同一量级,流动3维特性明显,用1维方法描述其过渡过程的误差很大。对灯泡式水轮机飞逸过程进行全流道3维数值模拟,得到了压... 水轮机飞逸时会发生一系列由惯性附加力引起的不稳定现象,影响机组安全性。灯泡贯流式水轮机流道较短,纵横尺寸在同一量级,流动3维特性明显,用1维方法描述其过渡过程的误差很大。对灯泡式水轮机飞逸过程进行全流道3维数值模拟,得到了压力脉动、转速、力矩、轴向水推力等过渡过程参数及机组内部流态的演变规律。结果显示,重力场产生的竖向压力梯度分布使转轮承受交变水流作用力,使尾水管涡带断裂致使流动结构复杂化。飞逸过程中,由于转速上升,叶片水流撞击、脱流和尾水管内涡带强度均明显增大,导致剧烈的压力脉动。 展开更多
关键词 灯泡贯流式水轮机 飞逸过渡过程 压力脉动 重力场
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轴流泵装置模型断电飞逸过程三维湍流数值模拟 被引量:13
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作者 周大庆 钟淋涓 +1 位作者 郑源 茅媛婷 《排灌机械工程学报》 EI 北大核心 2012年第4期401-406,共6页
针对轴流泵装置模型断电飞逸过程特点,对应叶轮区所采用的冻结叶轮的变速旋转坐标系方法与基于任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)的变速滑移网格法,构建基于三维非定常RANS方程与Spalart-Allmaras湍流模型的数值模拟方法,采用有限体积法对控... 针对轴流泵装置模型断电飞逸过程特点,对应叶轮区所采用的冻结叶轮的变速旋转坐标系方法与基于任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)的变速滑移网格法,构建基于三维非定常RANS方程与Spalart-Allmaras湍流模型的数值模拟方法,采用有限体积法对控制方程组进行离散,时间项采用一阶向后差分隐式格式,方程组中扩散项采用二阶中心差分格式,对流项采用二阶迎风格式,应用SIMPLEC方法进行速度压力耦合求解,采用初始工况的定常计算结果作为非定常计算的初始流场.经过轴流泵装置模型断电飞逸过程的数值模拟,获得了机组到达最大转速时所需时间为20.35 s,以及两种数值方法所得最大飞逸转速分别为1 610,1 989 r/min,装置模型稳态飞逸试验转速1 720 r/min,介于两者之间,同时揭示了机组转速、流量、转矩与测点压力等参数随时间变化规律与装置模型流道子午截面流速场、叶轮叶片压力场的瞬变过程,从而为机组结构优化设计和运行管理提供科学的参考依据. 展开更多
关键词 轴流泵 装置模型 变速旋转坐标系 飞逸过程 变速滑移网格
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混流式水轮机飞逸暂态过程的三维非定常湍流数值模拟 被引量:12
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作者 李金伟 刘树红 +1 位作者 周大庆 吴玉林 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期178-182,共5页
根据加速旋转相对坐标系中雷诺时均的连续性方程和Navier-stokes方程,以及转动系统的动量矩方程,推导了水轮机转轮区域的流动控制方程。采用RNGk-ε湍流模型对基于HL220进行改型的混流式水轮机在9种开度下进行飞逸暂态过程的三维非定常... 根据加速旋转相对坐标系中雷诺时均的连续性方程和Navier-stokes方程,以及转动系统的动量矩方程,推导了水轮机转轮区域的流动控制方程。采用RNGk-ε湍流模型对基于HL220进行改型的混流式水轮机在9种开度下进行飞逸暂态过程的三维非定常数值模拟,着重对尾水管内的流动进行了分析,得到了尾水管中心投影面压力分布随时间的变化情况,以及水轮机内部各测点的压力脉动。 展开更多
关键词 飞逸暂态过程 非定常湍流 数值模拟 混流式水轮机 压力脉动
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基于桨叶调节的轴流转桨式水轮机模型飞逸数值模拟 被引量:7
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作者 周大庆 郭优 姜德政 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2016年第4期13-19,共7页
为了研究不同桨叶启闭规律对轴流转桨式水轮机飞逸过程的影响,采用三维非定常数值方法模拟了5种桨叶控制方式下的轴流转桨式水轮机模型飞逸过程,对比分析了转速、流量、力矩和压力脉动等参数随时间变化特性及桨叶表面压力分布和尾水管... 为了研究不同桨叶启闭规律对轴流转桨式水轮机飞逸过程的影响,采用三维非定常数值方法模拟了5种桨叶控制方式下的轴流转桨式水轮机模型飞逸过程,对比分析了转速、流量、力矩和压力脉动等参数随时间变化特性及桨叶表面压力分布和尾水管内流场演变规律。结果表明:以桨叶静止工况下的最大逸速为基准,在±10°内启闭桨叶对最大逸速影响范围为-6.6%~5.0%;在飞逸过程中打开桨叶会加剧外特性参数波动,尾水管中心部最大负压值可达初值的2.86倍,产生的偏心螺旋涡带诱发强烈低频脉动,不利于机组稳定;关闭桨叶可降低水流流速,减小压力脉动及改善尾水管流态,但需探究合理关闭方式以避免过大的转速最大上升值。 展开更多
关键词 轴流转桨式水轮机 飞逸过程 桨叶调节 启闭规律 三维非定常数值模拟
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Hydraulic fluctuations during the pump power-off runaway transient process of a pump turbine with consideration of cavitation effects 被引量:5
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作者 Xiao-long Fu De-you Li +2 位作者 Hong-jie Wang Yong-guang Cheng Xian-zhu Wei 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2021年第6期1162-1175,共14页
A runaway transition after the pump power interruption and the simultaneous guide vane servomotor failure is one of the most dangerous and complex transitions for a pumped storage power system(PSPS).This paper analyze... A runaway transition after the pump power interruption and the simultaneous guide vane servomotor failure is one of the most dangerous and complex transitions for a pumped storage power system(PSPS).This paper analyzes the fluctuation behavior and mechanism of a PSPS during a runaway transition caused by the pump power interruption.The transient cavitation flow in the PSPS is simulated by using a one-dimensional and three-dimensional coupling flow simulation method for the runaway transition.Subsequently,the effects of the transient fluctuation of the radial hydraulic thrust on the runner and transient pressures are analyzed using the short-time Fourier transform method.Finally,the mechanisms are analyzed based on the analysis of the internal flow field.This study suggests that the extreme fluctuation generally occurs near the critical transformation points between the two operation modes.In addition,the extreme fluctuation behavior is primarily related to the local backflow near the runner inlet and the unstable cavitation phenomena in the runner and the draft tube.This finding helps for optimizing the runner design to resolve the instability problems of a PSPS. 展开更多
关键词 Pumped storage power system pump power-off runaway transient fluctuation behavior local backflow CAVITATION
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混流式水轮机飞逸过程瞬态流动与能量耗散研究
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作者 李颜雁 孙龙刚 +2 位作者 郭鹏程 范文睿 徐卓飞 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期794-805,共12页
水轮机经历飞逸过程时,其内部将出现流动分离、涡漩及高振幅压力脉动等瞬态水力特性。为明确其在飞逸过程的不稳定流动特性,本文以某典型水头段混流式模型水轮机为研究对象,对其由额定转速过渡至飞逸转速的瞬态流动过程开展研究,数值计... 水轮机经历飞逸过程时,其内部将出现流动分离、涡漩及高振幅压力脉动等瞬态水力特性。为明确其在飞逸过程的不稳定流动特性,本文以某典型水头段混流式模型水轮机为研究对象,对其由额定转速过渡至飞逸转速的瞬态流动过程开展研究,数值计算获得的飞逸单位转速及流量与试验测试结果吻合较好。结果表明:飞逸过程中,转轮进口处水流在大冲角作用下形成较强的流动分离,诱发转轮叶片通道产生大尺度的涡漩结构,且随转速升高,涡漩体积逐渐增大,对主流形成强烈扰动。过流部件内均捕捉到低频、宽频特征的高振幅压力脉动,频率范围在0.5倍叶频以下,且对应的转轮域压力幅值最高。进一步,本文基于能量平衡方程分析水轮机能量耗散特性,发现各过流部件能量耗散主要发生在转速上升的初始阶段,且转轮和尾水管内的能量耗散之和超过耗散总量的90%。此外,湍动能生成项和雷诺应力做功项远大于黏性耗散项和黏性力做功项,表明不稳定飞逸过程中的能量输运和耗散主要由湍流主导。转轮内的主要能量耗散位置与涡漩结构位置对应,表明转轮内流动分离诱导的复杂涡漩结构是引起能量耗散的根源,为进一步揭示水轮机飞逸过程的能量耗散机制研究指明了方向。 展开更多
关键词 混流式水轮机 飞逸 瞬态流动 涡漩 能量耗散
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叶片开度对贯流式水轮机飞逸过程的影响 被引量:2
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作者 陈明辉 郭进喜 孙聪 《水电能源科学》 北大核心 2022年第2期173-176,共4页
为有效降低水轮机飞逸过程中机组的振动问题,通过水轮机试验模型改变导叶开度和桨叶开度对水轮机过渡过程进行研究,分析了多个监测点的压力、频率流量等工作参数的变化情况。结果表明,由于转速和流量的增加,水轮机在导叶开度60°和... 为有效降低水轮机飞逸过程中机组的振动问题,通过水轮机试验模型改变导叶开度和桨叶开度对水轮机过渡过程进行研究,分析了多个监测点的压力、频率流量等工作参数的变化情况。结果表明,由于转速和流量的增加,水轮机在导叶开度60°和桨叶开度4°运行时振动最为强烈,水轮机在低频时振动剧烈。由于受到导叶和桨叶动静影响,转轮出口振动强烈。导叶和桨叶慢速关闭能够降低压力脉动、轴向力、尾水管的真空度,但慢速关闭会增加负水锤,促进水轮机的破坏。使用遗传算法,通过加入权因子和罚因子,能够将水轮机多目标约束研究问题转化为单目标无约束研究问题,优化的导叶关闭规律对飞逸过程中出现的转速上升和压力上升有缓解作用,能够有效降低各点的振动。 展开更多
关键词 水轮机 飞逸过程 桨叶 导叶 过渡过程
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采用熵产理论的离心泵断电过渡过程特性 被引量:17
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作者 冯建军 张钰 +3 位作者 朱国俊 李昀哲 李文锋 罗兴锜 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期10-17,共8页
该文对商业软件ANSYS CFX进行二次开发,通过自定义函数求解角动量方程获取实时转速,建立了模拟离心泵事故断电过渡过程的三维瞬态数值计算方法,获得了离心泵外特性参数瞬变规律以及内部流场的动态特性。进一步采用熵产理论获得了离心泵... 该文对商业软件ANSYS CFX进行二次开发,通过自定义函数求解角动量方程获取实时转速,建立了模拟离心泵事故断电过渡过程的三维瞬态数值计算方法,获得了离心泵外特性参数瞬变规律以及内部流场的动态特性。进一步采用熵产理论获得了离心泵事故断电停机飞逸过程中过流部件流场能量损失分布情况,并对流场内随时间变化的能量损失进行定量评估。结果表明:在整个事故断电飞逸过程中,熵产与离心泵外特性之间存在着明显的相关性,能量损失的产生与流场内部的流动分离、回流、漩涡等不良流动现象相关;叶轮、导叶与引水管的主要损失均是由湍流耗散引起的,其壁面熵产占总熵产的10%~15%左右,不可以忽略,而蜗壳区的损失则主要是由近壁面处的强壁面效应引起的;通过分析各部件流场局部熵产率分布随时间的变化情况,可以得出在制动工况中内流场的高损失区域最大。 展开更多
关键词 离心泵 流场 数值模拟 断电飞逸 熵产 瞬态特性 能量损失
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水泵水轮机水泵断电飞逸过程压力脉动CFD模拟 被引量:15
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作者 张成华 尤建锋 +3 位作者 泰荣 王熙 刘英 程永光 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期62-72,共11页
水泵断电导叶拒动导致机组飞逸是抽水蓄能电站的危险过渡过程,伴随水锤压强、水轮机流态、压力脉动、转轮受力发生剧烈波动,研究中必须综合考虑。由于常规过渡过程模拟只能考虑水锤波动,目前对后面几种特性缺乏了解。本文采用一维输水... 水泵断电导叶拒动导致机组飞逸是抽水蓄能电站的危险过渡过程,伴随水锤压强、水轮机流态、压力脉动、转轮受力发生剧烈波动,研究中必须综合考虑。由于常规过渡过程模拟只能考虑水锤波动,目前对后面几种特性缺乏了解。本文采用一维输水系统和三维水轮机耦合的CFD模拟方法,针对某模型抽水蓄能系统进行水泵断电飞逸过渡过程模拟。分析了流量、转速、转轮受力的宏观参数变化,发现在鞍形区及水轮机S区波动剧烈;分析了测点压强变化,发现整个过渡过程中压力脉动频率复杂,有高频低幅、高频高幅、中频中幅、低频高幅四类,在鞍形区及S区压力脉动幅值大,正常运行区附近幅值小;结合流态分析,发现高频脉动产生于动静干涉,中低频脉动来源于旋转失速和尾水管涡。 展开更多
关键词 水泵水轮机 水泵断电 过渡过程 压力脉动 尾水管涡
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贯流式水轮机飞逸过渡过程瞬态特性CFX二次开发模拟 被引量:13
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作者 罗兴锜 李文锋 +1 位作者 冯建军 朱国俊 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第13期97-103,F0003,共8页
当水轮发电机组处于飞逸状态时,水轮机内部会出现严重的不稳定现象,容易引起机组的振动。贯流式水轮机因为水头低、流量大、通道短等特点,其过渡过程与常规的立式水轮机有许多不同之处。基于此,该文通过CFX16.0和Fortran程序的二次开发... 当水轮发电机组处于飞逸状态时,水轮机内部会出现严重的不稳定现象,容易引起机组的振动。贯流式水轮机因为水头低、流量大、通道短等特点,其过渡过程与常规的立式水轮机有许多不同之处。基于此,该文通过CFX16.0和Fortran程序的二次开发建立了水轮机飞逸过程的数值计算方法,对贯流式水轮机的飞逸过程进行了数值模拟,获得了转速、流量、力矩、轴向力等外特性参数在飞逸过程中的变化历程以及水轮机内部流场的动态特性。结果表明:计算得到的最大飞逸转速为2 190 r/min与试验测得的结果较为接近,误差不超过2.5%,验证了该数值方法的可靠性;飞逸过程中其余外特性参数的变化规律均符合高比转速水轮机飞逸过程的流动规律;在飞逸过程中,由于转速和流量的增加使得水轮机转轮进口相对液流角降低,水流在叶片吸力面进水侧靠近叶缘处发生撞击形成高压,在叶片压力面进水侧叶缘处出现脱流产生负压,并随着转速的升高,高压区和低压区逐渐增大,转轮叶片受力变得极为不均匀容易引起疲劳破坏;同时,转速的增加使得转轮出口环量增加,在尾水管内部将会形成偏心的螺旋涡带,引起了强烈的低频压力脉动,振幅最大可达到试验水头的104%,不利于机组的安全稳定运行。 展开更多
关键词 计算机仿真 振动 模型 贯流式水轮机 飞逸过渡过程 二次开发 飞逸转速 压力脉动
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初始运行工况对水泵水轮机飞逸过渡过程水力特性的影响 被引量:14
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作者 陈秋华 张晓曦 何思源 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第7期858-868,共11页
飞逸过渡过程是抽水蓄能电站可能发生的一类事故工况。此过程中水泵水轮机的转速、流量和压力大幅改变,转轮流态极易恶化,可能引发剧烈压力脉动和转轮受力失衡。水泵水轮机初始运行工况是飞逸过程的重要控制因素之一,但其对此过程中机... 飞逸过渡过程是抽水蓄能电站可能发生的一类事故工况。此过程中水泵水轮机的转速、流量和压力大幅改变,转轮流态极易恶化,可能引发剧烈压力脉动和转轮受力失衡。水泵水轮机初始运行工况是飞逸过程的重要控制因素之一,但其对此过程中机组水力特性的影响尚不明确。本文用一维管道与三维水泵水轮机耦合的数值模拟研究了某模型抽水蓄能系统中水泵水轮机从两个不同初始运行工况发生飞逸过程时水力特性的差别。结果表明,相对于流动条件较好的额定工况,由流动条件较差的部分负荷工况开始的飞逸过程更容易引起水泵水轮机运行轨迹的剧烈跳动以及流道压力脉动和转轮径向水推力的幅值突增,原因是在此过程中更易形成转轮流动失稳,机理是过渡过程中的瞬时流态保留有相应初始工况的部分流动特征,即瞬时流态的演化存在迟滞效应。因此,在当前不断拓宽抽水蓄能机组运行范围以满足电网容量调节需求的背景下,应充分考虑初始运行工况对可能发生的飞逸过程的影响。 展开更多
关键词 水泵水轮机 飞逸过渡过程 数值模拟 流动失稳 迟滞效应
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抽水蓄能电站泵工况断电飞逸过渡过程三维耦合数值研究 被引量:8
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作者 苟东明 郭鹏程 +2 位作者 罗兴锜 张蓝国 郭耀峰 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2018年第1期28-39,共12页
该文建立了某抽水蓄能电站包括引水系统、调压井、水泵水轮机组与尾水系统等部件的全过流系统几何模型。采用联合VOF两相流模型和单相流模型的三维耦合湍流计算方法对其泵工况断电飞逸过渡过程进行了数值研究,获得并分析了若干参数随时... 该文建立了某抽水蓄能电站包括引水系统、调压井、水泵水轮机组与尾水系统等部件的全过流系统几何模型。采用联合VOF两相流模型和单相流模型的三维耦合湍流计算方法对其泵工况断电飞逸过渡过程进行了数值研究,获得并分析了若干参数随时间的变化规律和不同时刻流场的演变过程,与电站原型试验资料进行了对比。结果表明:历程线模拟结果与试验结果吻合良好,基于耦合算法的三维湍流过渡过程研究方法具有较高精度。电站内外特性变化剧烈,相互影响,依次经历水泵、制动、水轮机和飞逸工况。转轮内大量的涡流在尾水管形成了强烈的顺时针螺旋形涡带,是飞逸工况机组低频压力脉动的主要原因。 展开更多
关键词 抽水蓄能电站 断电飞逸 过渡过程 流场 耦合算法
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立式轴流泵装置飞逸过渡过程数值模拟 被引量:3
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作者 戴景 戴启璠 +4 位作者 郑源 陈超 王宏图 周玥涛 许锋 《人民长江》 北大核心 2020年第1期225-229,236,共6页
为了研究立式轴流泵装置飞逸过渡过程的水动力特性,以引江济淮工程派河口泵站为研究对象,采用Fluent 16.0与UDF二次开发程序相结合的数值模拟方法,对立式轴流泵装置的飞逸过渡过程进行了全流场数值计算,获得了机组在飞逸过渡过程中的转... 为了研究立式轴流泵装置飞逸过渡过程的水动力特性,以引江济淮工程派河口泵站为研究对象,采用Fluent 16.0与UDF二次开发程序相结合的数值模拟方法,对立式轴流泵装置的飞逸过渡过程进行了全流场数值计算,获得了机组在飞逸过渡过程中的转速、流量、扭矩、轴向力等外特性参数的变化以及肘形流道内流线的演化特性。研究结果表明:平均扬程下,泵装置飞逸转速约为218.99 r/min,与模型试验换算至原型的值215.33 r/min之间的相对误差为1.69%;飞逸过渡过程中水泵叶轮最大轴向力为225.93 kN,轴向力方向与重力方向相反,小于水泵叶轮自重342.12 kN,整个飞逸过渡过程中水泵机组不会发生"抬机"事故,飞逸过渡过程中肘形流道内出现了高度螺旋状的涡带。研究成果可为今后立式轴流泵装置的设计提供参考与借鉴。 展开更多
关键词 飞逸转速 过渡过程 水力性能 数值模拟 立式轴流泵 派河口泵站 引江济淮
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