目錄
總序
前言
摘要
緒論流體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展——需求和前沿 1
一、流體動(dòng)力學(xué)的早期發(fā)展和黃金時(shí)期 1
二、流體動(dòng)力學(xué)的機(jī)遇和需求 3
三、流體動(dòng)力學(xué)的前沿研究和交叉學(xué)科 8
四、流體動(dòng)力學(xué)的新方法 14
五、結(jié)語 15
第一部分流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)研究
第一章 非牛頓和黏彈性流體 19
第一節(jié) 引言 19
第二節(jié) 非牛頓流體的本構(gòu)方程 21
第三節(jié) 非牛頓流體的流動(dòng)穩(wěn)定性 23
第四節(jié) 彈性湍流 25
第五節(jié) 聚合物湍流減阻 26
第六節(jié) 觸變性流體的雪崩現(xiàn)象 26
第七節(jié) 非牛頓流體的浸潤(rùn) 28
第八節(jié) 智能流體 29
第九節(jié) 結(jié)語 30
參考文獻(xiàn) 30
第二章 多相流的理論、模擬與實(shí)驗(yàn) 34
第一節(jié) 引言 34
第二節(jié) 多相流研究的數(shù)值計(jì)算方法 35
一、歐拉-歐拉方法 35
二、歐拉-拉格朗日方法 36
三、直接數(shù)值模擬方法 36
四、有待研究的部分重點(diǎn)問題 37
第三節(jié) 多相流研究的實(shí)驗(yàn)方法 38
一、早期的測(cè)量方法 38
二、激光多普勒測(cè)速儀技術(shù) 38
三、粒子圖像測(cè)速儀 39
四、有待研究的部分重點(diǎn)問題 40
第四節(jié) 多相湍流相間耦合的研究 40
一、湍流對(duì)相間動(dòng)量耦合的影響 40
二、湍流對(duì)顆粒的影響 41
三、顆粒對(duì)湍流的影響 42
四、顆粒對(duì)湍流影響的機(jī)制 43
五、有待研究的部分重點(diǎn)問題 44
第五節(jié) 幾種超常情況下的多相流 44
一、微重力多相熱流體動(dòng)力學(xué) 44
二、納米顆粒兩相流 46
三、沙粒起動(dòng)躍移運(yùn)動(dòng) 47
四、霧化射流 48
五、有待研究的部分重點(diǎn)問題 49
參考文獻(xiàn) 51
第三章 自然界和工程中的顆粒物質(zhì)與顆粒流 54
第一節(jié) 引言 54
第二節(jié) 顆粒接觸力 56
第三節(jié) 離散元方法 58
第四節(jié) 宏-細(xì)觀研究 59
第五節(jié) 顆粒流和泥石流 62
第六節(jié) 本構(gòu)模型和熱力學(xué)理論 66
第七節(jié) 結(jié)語 69
參考文獻(xiàn) 70
第四章 可壓縮剪切層的轉(zhuǎn)捩及其預(yù)測(cè) 72
第一節(jié) 引言 72
第二節(jié) 剪切層轉(zhuǎn)捩的基本過程及研究的基本問題 73
一、擾動(dòng)環(huán)境分析 74
二、感受性問題 75
三、擾動(dòng)的演化過程 76
四、轉(zhuǎn)捩過程 78
第三節(jié) 可壓縮邊界層的流動(dòng)不穩(wěn)定性特征 78
第四節(jié) 可壓縮混合層的流動(dòng)不穩(wěn)定性特征 81
第五節(jié) 剪切層轉(zhuǎn)捩機(jī)制的研究進(jìn)展 82
第六節(jié) 邊界層轉(zhuǎn)捩預(yù)測(cè)方法的研究 84
一、轉(zhuǎn)捩模式方法 84
二、eN方法 84
三、PSE方法 85
第七節(jié) 剪切層轉(zhuǎn)捩控制方法的研究 86
第八節(jié) 結(jié)合國家需求的重大問題 87
第九節(jié) 剪切層轉(zhuǎn)捩研究中的問題及發(fā)展趨勢(shì) 88
第十節(jié) 結(jié)語 89
參考文獻(xiàn) 90
第五章 可壓縮湍流及其模擬 95
第一節(jié) 引言 95
第二節(jié) 激波邊界層的相互作用 101
第三節(jié) 高超聲速湍流 104
第四節(jié) 聲爆與湍流 106
第五節(jié) 可壓縮湍流模式 109
參考文獻(xiàn) 111
第六章 湍流的大渦模擬 113
第一節(jié) 引言 113
第二節(jié) 大渦模擬的主要進(jìn)展 115
一、大渦模擬的濾波 115
二、大渦模擬的亞格子模型 116
三、大渦模擬的數(shù)值方法 117
第三節(jié) 大渦模擬的新挑戰(zhàn) 119
一、壁模型和LES/RANS混合法 119
二、氣動(dòng)噪聲的大渦模擬 120
三、多相湍流的大渦模擬 123
四、湍流燃燒的大渦模擬 124
五、自然界湍流的大渦模擬 126
六、大渦模擬的驗(yàn)證和確認(rèn) 127
第四節(jié) 結(jié)語 128
參考文獻(xiàn) 129
第二部分可壓縮流體動(dòng)力學(xué)
第七章 高溫氣體動(dòng)力學(xué) 135
第一節(jié) 引言 135
第二節(jié) 學(xué)科發(fā)展背景和現(xiàn)狀 137
一、先進(jìn)跨大氣層飛行器推進(jìn)系統(tǒng)中的高溫氣體動(dòng)力學(xué) 141
二、大氣再入條件下的氣動(dòng)熱環(huán)境與氣動(dòng)力特性 144
三、復(fù)雜流動(dòng)效應(yīng)耦合作用的高溫氣體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬方法 145
第三節(jié) 高溫氣體動(dòng)力學(xué)的前沿問題 148
第四節(jié) 未來5~10年重點(diǎn)發(fā)展方向 149
一、高溫氣體效應(yīng)與材料耦合響應(yīng)的物理建模與模擬 150
二、氣動(dòng)數(shù)據(jù)不確定度與多目標(biāo)優(yōu)化 151
第五節(jié) 結(jié)語 153
參考文獻(xiàn) 153
第八章 稀薄氣體動(dòng)力學(xué) 157
第一節(jié) 引言 157
第二節(jié) 發(fā)展歷程 158
第三節(jié) 最近二三十年的研究進(jìn)展 160
一、高速稀薄氣流問題 161
二、低速稀薄氣流問題 166
三、分子模擬方法的拓展 168
第四節(jié) 學(xué)科前沿問題 172
第五節(jié) 與實(shí)際需求結(jié)合的重大問題 173
第六節(jié) 未來5~10年學(xué)科發(fā)展趨勢(shì) 176
參考文獻(xiàn) 177
第九章 旋渦主控的流動(dòng)與控制 181
第一節(jié) 引言 181
第二節(jié) 非對(duì)稱渦前沿領(lǐng)域的研究進(jìn)展 184
第三節(jié) 未來5~10年重點(diǎn)發(fā)展方向 195
參考文獻(xiàn) 196
第十章 航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣體動(dòng)力學(xué) 199
第一節(jié) 引言 199
第二節(jié) 葉輪機(jī)內(nèi)復(fù)雜流動(dòng) 200
一、葉尖泄漏流動(dòng) 200
二、角區(qū)分離流動(dòng) 201
三、轉(zhuǎn)靜干涉 203
第三節(jié) 壓氣機(jī)穩(wěn)定性 205
一、風(fēng)扇/壓氣機(jī)流動(dòng)穩(wěn)定性主動(dòng)控制技術(shù) 205
二、機(jī)匣處理擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)的發(fā)展 206
三、旋轉(zhuǎn)失速穩(wěn)定性模型的發(fā)展 207
第四節(jié) 葉輪機(jī)中的數(shù)值模擬方法 208
一、葉輪機(jī)中的湍流模擬 209
二、轉(zhuǎn)靜干涉計(jì)算方法 212
三、風(fēng)扇/壓氣機(jī)流動(dòng)穩(wěn)定性數(shù)值模擬 215
第五節(jié) 葉輪機(jī)中的實(shí)驗(yàn)測(cè)量 216
一、測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 216
二、實(shí)驗(yàn)臺(tái)模型 217
三、發(fā)展重點(diǎn) 218
第六節(jié) 結(jié)語 219
參考文獻(xiàn) 219
第十一章 超聲速燃燒與高超聲速推進(jìn) 226
第一節(jié) 引言 226
一、超聲速燃燒與高超聲速推進(jìn) 226
二、利用超聲速燃燒遇到的實(shí)際問題有巨大的挑戰(zhàn)性 227
三、6分鐘巡航230英里飛行試驗(yàn) 228
四、面臨挑戰(zhàn)依然嚴(yán)峻，雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)成為發(fā)展的瓶頸 228
五、影響超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟的因素 229
第二節(jié) 超聲速燃燒與推進(jìn)研究的進(jìn)展與認(rèn)識(shí) 230
一、燃料選擇與應(yīng)用 230
二、利用吸熱碳?xì)淙剂喜粌H是冷卻的需要也是提高燃燒性能的關(guān)鍵 231
三、燃燒室壁孔注射獲得實(shí)際應(yīng)用 233
四、超聲速點(diǎn)火與穩(wěn)定燃燒是發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的必要條件 235
五、實(shí)驗(yàn)?zāi)�擬技術(shù)和測(cè)量技術(shù)相對(duì)落后 236
第三節(jié) 超聲速燃燒研究的一些前沿問題 238
一、吸熱碳?xì)淙剂现鲃?dòng)冷卻特性與超聲速燃燒的耦合 238
二、燃料催化裂解特性的控制 239
三、積炭問題 240
四、吸熱碳?xì)淙剂铣�聲速燃燒特�?240
五、燃燒穩(wěn)定性問題，凹腔穩(wěn)焰機(jī)制 240
六、數(shù)值模擬 241
七、雙模態(tài)運(yùn)行，亞燃超燃模態(tài)轉(zhuǎn)換 245
八、高超聲速燃燒 247
參考文獻(xiàn) 248
第十二章 氣動(dòng)聲學(xué)和航空噪聲控制 256
第一節(jié) 引言 256
第二節(jié) 氣動(dòng)聲學(xué)學(xué)科發(fā)展和現(xiàn)狀 257
一、氣動(dòng)聲學(xué)誕生及Lighthill聲類比理論 257
二、FfowcsWilliams-Hawkings方程 258
三、Goldstein的廣義 Lighthill方程 259
四、Powell和Howe的禍聲理論 259
五、計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué) 259
第三節(jié) 民用大型客機(jī)氣動(dòng)噪聲研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 260
一、民用大型客機(jī)噪聲水平的歷史和現(xiàn)狀 260
二、發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇噪聲產(chǎn)生機(jī)制及控制方法 264
三、發(fā)動(dòng)機(jī)消聲短艙問題 265
四、發(fā)動(dòng)機(jī)噴流噪聲問題 268
五、飛機(jī)機(jī)體噪聲問題 269
六、中國大型客機(jī)面臨的噪聲問題 270
第四節(jié) 未來5~10年重點(diǎn)發(fā)展方向 271
一、渦聲相互作用 271
二、計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué) 273
三、仿生學(xué)氣動(dòng)聲學(xué) 274
四、運(yùn)動(dòng)物體發(fā)聲問題 275
五、燃燒噪聲和燃燒不穩(wěn)定性 275
參考文獻(xiàn) 276
第三部分不可壓縮流體動(dòng)力學(xué)
第十三章 高速水動(dòng)力學(xué) 283
第一節(jié) 引言 283
第二節(jié) 超空泡流體動(dòng)力特性與減阻機(jī)制 284
一、超空泡的宏觀特征 285
二、超空泡的通氣與泄氣方式 286
三、超空泡的流動(dòng)特性 288
四、超空泡航行體的穩(wěn)定性 289
第三節(jié) 空泡流非穩(wěn)態(tài)特性與機(jī)制 290
一、空泡非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)的類型 290
二、空泡的周期性脫落現(xiàn)象 292
三、空泡的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)機(jī)制 293
四、非穩(wěn)態(tài)空泡的頻率特性 294
五、非穩(wěn)態(tài)空泡的微觀結(jié)構(gòu) 295
第四節(jié) 多相流數(shù)值模擬方法 296
第五節(jié) 空泡流的相關(guān)試驗(yàn)技術(shù) 299
第六節(jié) 結(jié)語 301
參考文獻(xiàn) 302
第十四章 海岸工程水動(dòng)力學(xué) 307
第一節(jié) 引言 307
第二節(jié) 海岸災(zāi)害 309
一、風(fēng)暴潮的動(dòng)力學(xué)機(jī)制與多尺度數(shù)值模型 309
二、海嘯生成、爬高及對(duì)海岸結(jié)構(gòu)物的作用 311
三、基于紅樹林等水生植物的海岸防護(hù)新概念 315
第三節(jié) 波浪水流對(duì)海岸結(jié)構(gòu)物和海岸地形變化的作用 316
一、波浪-水流作用下泥沙輸運(yùn)與航道淤積 316
二、樁基承臺(tái)結(jié)構(gòu)的波流力與局部沖刷 319
三、波浪對(duì)海堤的作用 321
第四節(jié) 數(shù)值波浪水池及應(yīng)用 323
一、基于Boussinesq類方程的近海波浪傳播數(shù)學(xué)模型 323
二、基于N-S方程的數(shù)值波浪水池 324
第五節(jié) 結(jié)語 326
參考文獻(xiàn) 327
第十五章 海洋工程流體力學(xué) 331
第一節(jié) 引言 331
第二節(jié) 極端海洋環(huán)境 332
一、熱帶氣旋與臺(tái)風(fēng)浪 332
二、畸形波 336
三、內(nèi)波 338
第三節(jié) 新型海洋結(jié)構(gòu)物及其響應(yīng) 342
一、深水平臺(tái) 343
二、海上風(fēng)能 345
三、大尺度浮體運(yùn)動(dòng)響應(yīng) 349
四、小尺度構(gòu)件動(dòng)力響應(yīng) 350
第四節(jié) 結(jié)語 352
參考文獻(xiàn) 353
第十六章 水環(huán)境治理中的物理、化學(xué)、生物流體力學(xué) 357
第一節(jié) 引言 357
一、國內(nèi)外的水環(huán)境問題 357
二、環(huán)境治理研究的主要?dú)v程 358
三、水環(huán)境治理中的流體動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 359
第二節(jié) 泥沙的環(huán)境作用 362
一、概述 362
二、泥沙對(duì)污染物的吸附/解吸及其影響因素 363
三、展望 364
第三節(jié) 水體富營(yíng)養(yǎng)化 365
一、概述 365
二、水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要影響因素 366
三、展望 369
第四節(jié) 溢油污染 370
一、概述 370
二、水上溢油的遷移變化行為 371
三、展望 374
第五節(jié) 地下水中污染物遷移 375
一、地下水污染 375
二、地下水中污染物遷移的研究現(xiàn)狀 376
三、展望 378
第六節(jié) 結(jié)語 379
參考文獻(xiàn) 380
第十七章 自然界的水沙流動(dòng) 382
第一節(jié) 引言 382
第二節(jié) 流域土壤侵蝕 383
一、流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的基本特征概述 384
二、主要研究進(jìn)展 386
三、展望和建議重點(diǎn)研究方向 389
第三節(jié) 河流水沙兩相流動(dòng) 390
一、河流水沙流動(dòng)的基本特征概述 391
二、主要研究進(jìn)展 392
三、展望和建議重點(diǎn)研究方向 395
第四節(jié) 泥石流 396
一、泥石流的基本特征概述 397
二、主要研究進(jìn)展 398
三、存在問題和前沿研究方向 400
第五節(jié) 結(jié)語 401
參考文獻(xiàn) 402
第十八章 風(fēng)沙環(huán)境力學(xué) 406
第一節(jié) 引言 406
第二節(jié) 簡(jiǎn)要?dú)v史回顧 408
第三節(jié) 近二三十年來的若干進(jìn)展 410
一、來流風(fēng)場(chǎng) 411
二、起動(dòng)風(fēng)速與沙塵顆粒的起動(dòng)機(jī)制 412
三、沙塵顆粒的碰撞機(jī)制 414
四、近地表風(fēng)沙流的理論模型與實(shí)驗(yàn)觀測(cè) 417
五、風(fēng)成沙波紋與沙丘地貌的研究 421
第四節(jié) 研究趨勢(shì) 424
第五節(jié) 結(jié)語 426
參考文獻(xiàn) 427
第四部分流體動(dòng)力學(xué)的交叉學(xué)科
第十九章 低溫等離子體流動(dòng) 433
第一節(jié) 引言 433
一、熱等離子體 434
二、大氣壓非平衡等離子體 435
三、低氣壓冷等離子體 436
第二節(jié) 層流及湍流等離子體流 437
一、低溫等離子體流動(dòng)特征概述 437
二、直流電弧等離子體流動(dòng)研究進(jìn)展 438
三、電弧等離子體射流的流動(dòng)與傳熱特性 439
四、研究和應(yīng)用展望 440
第三節(jié) 等離子體風(fēng)洞 440
一、等離子體風(fēng)洞流場(chǎng)的產(chǎn)生 441
二、等離子體風(fēng)洞流場(chǎng)診斷與計(jì)算 443
第四節(jié) 等離子體流動(dòng)控制 443
一、流動(dòng)控制中的等離子體類型 444
二、等離子體流動(dòng)控制應(yīng)用研究現(xiàn)狀 445
三、存在的問題和建議研究方向 445
第五節(jié) 低氣壓冷等離子體應(yīng)用中的流體力學(xué)問題 447
第六節(jié) 結(jié)語 450
參考文獻(xiàn) 450
第二十章 核能相關(guān)的多場(chǎng)耦合傳熱和傳質(zhì) 453
第一節(jié) 引言 453
第二節(jié) 磁約束聚變堆多場(chǎng)親合流體力學(xué)與傳熱傳質(zhì)問題 455
一、堆芯高溫等離子體 455
二、包層及第一壁金屬流體 457
三、小結(jié) 462
第三節(jié) 加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)的多物理場(chǎng)耦合熱輸運(yùn)問題 463
一、加速器驅(qū)動(dòng)的次臨界系統(tǒng)簡(jiǎn)介和嬗變應(yīng)用 463
二、ADS關(guān)鍵科學(xué)問題之一多物理場(chǎng)耦合輸運(yùn)的展望 466
三、小結(jié) 469
第四節(jié) 核裂變能利用中的傳熱與傳質(zhì) 469
一、大型先進(jìn)壓水堆內(nèi)傳熱傳質(zhì)研究 470
二、船用反應(yīng)堆傳熱傳質(zhì)研究 473
三、新型核動(dòng)力反應(yīng)堆傳熱傳質(zhì)研究 474
第五節(jié) 結(jié)語 476
參考文獻(xiàn) 476
第二十一章 燃燒和反應(yīng)流 480
第一節(jié) 引言 480
第二節(jié) 層流火焰的研究 481
第三節(jié) 湍流和燃燒之間的相互作用 483
一、湍流非預(yù)混燃燒 484
二、湍流預(yù)混燃燒 486
三、湍流部分預(yù)混燃燒 488
第四節(jié) 煤粉和液霧的兩相流燃燒 489
第五節(jié) 火災(zāi) 491
第六節(jié) 爆震 495
第七節(jié) 結(jié)語 497
參考文獻(xiàn) 498
第二十二章 生物醫(yī)學(xué)工程中的流體力學(xué) 501
第一節(jié) 引言 501
第二節(jié) 簡(jiǎn)要?dú)v史回顧 502
第三節(jié) 心血管系統(tǒng)中的流體力學(xué) 504
第四節(jié) 呼吸系統(tǒng)中的流體力學(xué) 508
第五節(jié) 細(xì)胞、分子生物力學(xué)與微流動(dòng) 511
第六節(jié) 未來展望 515
第七節(jié) 結(jié)語 516
參考文獻(xiàn) 517
第二十三章 動(dòng)物飛行與游動(dòng)的流體力學(xué) 521
第一節(jié) 引言 521
第二節(jié) 昆蟲的飛行 522
第三節(jié) 鳥類的飛行 525
第四節(jié) 蝙蝠（獸類）的飛行 527
第五節(jié) 魚類的游動(dòng) 529
第六節(jié) 未來5'10年的研究工作 531
參考文獻(xiàn) 532
第二十四章 微納米流體力學(xué) 536
第一節(jié) 引言 536
第二節(jié) 研究前沿 538
一、連續(xù)性假設(shè)和界面效應(yīng) 538
二、微尺度多相流動(dòng) 540
三、納尺度下流動(dòng)及物質(zhì)輸運(yùn)特性 543
四、微納流控仿生芯片的發(fā)展 546
第三節(jié) 研究方法的發(fā)展 547
一、模擬方法 547
二、實(shí)驗(yàn)手段 552
第四節(jié) 總結(jié)與展望 555
參考文獻(xiàn) 556
第五部分流體動(dòng)力學(xué)的計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)
第二十五章 計(jì)算流體力學(xué)高精度、高分辨率、高保真數(shù)值方法 561
第一節(jié) 引言 561
第二節(jié) 高精度、高分辨率、高保真數(shù)值方法 566
一、高精度、高分辨率有限差分方法 566
二、具有離散守恒性質(zhì)的計(jì)算方法 570
三、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非貼體網(wǎng)格上的數(shù)值計(jì)算方法 571
第三節(jié) 結(jié)語 579
參考文獻(xiàn) 580
第二十六章 三維速度場(chǎng)的體測(cè)量技術(shù) 585
第一節(jié) 引言 585
第二節(jié) 流場(chǎng)的體測(cè)速技術(shù) 587
一、體-粒子圖像測(cè)速 589
二、磁共振測(cè)速 597
第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理技術(shù) 598
一、空間粒子場(chǎng)灰度重構(gòu)技術(shù) 598
二、速度場(chǎng)內(nèi)插技術(shù) 599
三、速度場(chǎng)后處理技術(shù) 600
第四節(jié) 流場(chǎng)診斷技術(shù) 600
一、壓力場(chǎng)重構(gòu) 601
二、旋渦辨識(shí) 601
三、模態(tài)分析 603
第五節(jié) 604
一、示蹤粒子 604
二、光源 605
三、數(shù)字成像 605
四、圖形處理器 606
五、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)化 607
第六節(jié) 討論與展望 608
參考文獻(xiàn) 609
第二十七章 高焓流動(dòng)試驗(yàn)裝置和測(cè)試技術(shù) 613
第一節(jié) 引言 613
第二節(jié) 高焓流動(dòng)試驗(yàn)裝置研制進(jìn)展 617
一、常規(guī)加熱型高焓風(fēng)洞 618
二、加熱輕氣體驅(qū)動(dòng)高焓激波風(fēng)洞 619
三、自由活塞驅(qū)動(dòng)高焓激波風(fēng)洞 620
四、爆轟驅(qū)動(dòng)高焓激波風(fēng)洞 622
第三節(jié) 高培流動(dòng)的測(cè)量與診斷技術(shù) 624
一、氣動(dòng)熱測(cè)量技術(shù) 624
二、氣動(dòng)力測(cè)量技術(shù) 625
三、化學(xué)反應(yīng)流動(dòng)特性測(cè)量技術(shù) 627
第四節(jié) 結(jié)論與展望 628
一、發(fā)展先進(jìn)的高焓流動(dòng)試驗(yàn)裝置 628
二、發(fā)展高精度高焓流動(dòng)診斷技術(shù) 629
三、發(fā)展高焓流動(dòng)計(jì)算模擬平臺(tái) 630
參考文獻(xiàn) 630
關(guān)鍵詞索引 634
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