CN102449366B - 阀操作方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种阀操作方法,所述阀包括具有至少一个开口(2)的第一阀部件(1)和形成有至少一个开口(4)的第二阀部件(3)。第一阀部件(1)和第二阀部件(3)适配为执行相对移动,第一阀部件(1)的开口(2)与第二阀部件(3)的开口(4)的相对位置借助开口(2,4)的重叠面积限定了阀的开度。所述方法包括将第一阀部件(1)和/或第二阀部件(3)从限定了阀最大开度的位置朝限定了阀最小开度的位置移动的步骤,方式是使第一阀部件(1)与第二阀部件(3)之间相对移动的速度随重叠面积的减小而降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种阀操作方法,特别是一种用于制冷系统的阀。更特别地,本发明的方法允许阀以这样的方式被操作:在阀插入其中的流体系统中的压力脉动被可观地减少,甚至被消除。
背景技术
当流体系统的阀关闭时,流体流的突然停止在系统中创建了反向流。反向流引起了脉动高压冲击波或瞬态。该冲击波产生了撞击噪声和流体系统管道振动。这被称为“水锤”。撞击噪声是不期望的,特别是在阀反复开关的流体系统中。此外,振动可能会造成对流体系统中管道和/或其他部分的损坏。
已知的是,水锤可通过缓慢关闭阀被减少。然而,简单地足够缓慢地关闭阀以防止或减少水锤,在某些情况下是不可能的,或者至少是不方便或不当的,例如因为阀的正常操作需要它通过一定的速度被关闭。
美国专利5983937公开了一种能够减少水锤的流控制装置。该流控制装置包括第一至第三开口,该第一至第三开口逐步形成在位于热水回路中流量控制阀的转子侧壁部分中。第三位置(a)和(b)被建立在第一位置与第二位置之间,在该第一位置,在流控制阀的入口与出口管道之间连通的第一连通通道被完全关闭,在该第二位置,第一连通通道被完全打开。执行负载(duty)控制使得转子在上述四个位置间往复多次。因此,流控制装置已被修改以减少水锤。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种以这样的方式操作阀的方法:相比于现有技术的方法,水锤被可观地减少,同时保持阀的可接受响应时间。
本发明的进一目标是提供一种以这样的方式操作阀的方法:水锤被可观地减少,无需修改阀或该阀插入其中的流体系统。
本发明提供一种操作阀的方法,所述阀包括:其中形成至少一个开口的第一阀部件和其中形成至少一个开口的第二阀部件,第一阀部件和第二阀部件适配为执行相对移动,第一阀部件的(多个)开口和第二阀部件的(多个)开口的相对位置借助第一阀部件的开口和第二阀部件的开口的重叠面积限定了阀的开度,所述方法包括如下步骤:
——以这样的方式将第一阀部件和/或第二阀部件从限定了阀最大开度的位置朝限定了阀最小开度的位置移动:第一阀部件与第二阀部件之间相对移动的速度根据第一阀部件的开口与第二阀部件的开口之间的重叠面积而变化,使得所述速度随重叠面积的减小而降低。
借助本发明方法操作的阀可以这样的方式被有利地布置在流体系统中:阀的操作控制在至少一部分流体系统中的流体流。流体系统可为例如蒸汽压缩系统,如制冷系统,热泵或空调系统。阀可为例如膨胀阀。
阀包括被布置为相对彼此可移动的第一阀部件和第二阀部件。这可通过以允许它/它们相对于阀的其余部件移动的方式安装第一阀部件和/或第二阀部件而被实现。因此,第一阀部件可为可移动的,而第二阀部件以固定的方式被安装。作为替代方案,第二阀部件可为可移动的,而第一阀部件以固定的方式被安装。最后,两个阀部件都可被可移动地安装。在所有上述情况中,在第一阀部件与第二阀部件之间的相对移动是可能的,从而限定第一阀部件和第二阀部件的相互位置。相对移动可为例如旋转的或基本上线性的。在相对移动是旋转的情况下,阀部件可有利地以这样的方式被布置为基本上圆盘的形式:它们中的至少一个可关于延伸通过每个圆盘中心的轴旋转。
每个第一阀部件和第二阀部件具有形成在其中的至少一个开口。因此,第一阀部件和第二阀部件的相对位置确定了在第一阀部件中形成的(多个)开口与第二阀部件中形成的(多个)开口之间的相对位置,包括在第一阀部件中形成的开口与第二阀部件中形成的开口之间可能重叠的尺寸。这个重叠面积限定了阀的开度,即它确定了允许流过阀的流体的流率。
开口可具有任何合适的尺寸和形状,例如基本上圆形的形状,基本上三角形的形状,基本上方形的形状,基本上矩形的形状,基本上六边形的形状,水滴形,圆弧形,锥形,等等。第一阀部件中形成的(多个)开口和第二阀部件中形成的(多个)开口可具有基本上相同的尺寸和形状,在该情况下开口可以这样的方式被布置在阀部件上:可能将第一阀部件和/或第二阀部件移动至第一阀部件的开口完全覆盖第二阀部件的开口的位置。可替代地,第一阀部件中形成的至少一个开口可具有不同于第二阀部件中形成的至少一个开口的尺寸和/或形状的尺寸和/或形状。在这种情况下,在两个开口之间不可能获得相等的重叠。但是,它仍然可能限定两个开口之间最大重叠面积和最小重叠面积。
因此,第一阀部件和第二阀部件的相互位置借助上述重叠面积确定了阀的开度。因此,阀的开度,以及由此被允许经过阀的流体介质量可通过调整第一阀部件和第二阀部件的相互位置而被调整。
根据本发明的方法,第一阀部件和/或第二阀部件被从限定阀最大开度的位置(即阀部件相应开口之间的最大可能重叠)朝限定阀最小开度的位置移动。最小开度可为例如其中在第一阀部件的开口与第二阀部件的开口之间没有重叠的位置。在这种情况下,最小开度对应于阀的关闭位置。可替代地,最小开度可为相应开口之间出现重叠的位置,但该重叠面积尽可能小。因此,阀部件被从限定阀“全打开”状态的位置朝限定阀“全关闭”或“几乎关闭”状态的位置移动,即该移动是阀的“关闭移动”。
相对移动以这样的方式被执行:相对移动的速度根据第一阀部件的开口与第二阀部件的开口之间的重叠面积而变化。该速度以该速度随重叠面积减小而降低的方式变化。
由此第一阀部件和/或第二阀部件在关闭移动开始时被移动得相对快,在开始时相对大的重叠面积被限定在第一阀部件和第二阀部件的相应开口之间,且移动的速度朝关闭移动的结束被降低,在结束时重叠面积必须预计为显著较小。因此,相对高的速度在部分移动时被施加,在部分移动时水锤预计不会成为问题,且较低速度仅被施加在预计产生水锤的部分移动中。从而获得尽快操作阀而尽最大可能避免水锤之间的平衡。这是一个优势。
第一阀部件与第二阀部件之间的相对移动速度可根据重叠面积逐步变化。根据本实施方式,速度最初可被维持在第一相对高水平,且当重叠面积达到预定水平时,速度可突然被改变至第二显著低水平,且速度可随后在其余关闭移动被维持这个第二水平。此外,进一步的速度水平可被添加在第一速度水平与第二速度水平之间,从而使速度水平中的每个变化更小,并引起从第一速度水平至第二速度水平的更平滑过渡。
可替代地,第一阀部件与第二阀部件之间的相对移动速度可根据重叠面积基本上连续地变化。根据本实施方式,速度可从第一相对高速度朝第二更低速度被平滑地降低,与到达限定最小开度位置的阀部件基本上同时到达第二速度。
作为另一替代方式,速度可被部分逐步并部分连续地变化。
移动第一阀部件和/或第二阀部件的步骤可包括如下步骤:
——在第一相对速度V1移动第一阀部件和/或第二阀部件,直到达到预定的重叠面积,以及
——随后在第二相对速度V2移动第一阀部件和/或第二阀部件,直到重叠面积为零,阀从而在关闭位置,
其中V2显著低于V1。
根据本实施方式,速度以上述逐步方式被改变。预定重叠面积可在最大重叠面积的40%至80%的间隔内,例如在最大重叠面积50%至70%的间隔内,例如为最大重叠面积的约60%。最大重叠面积限定了阀的“全打开”状态,因此它应为足够大,以允许流体流无任何显著限制地通过重叠面积流过阀部件的开口。预计只要重叠面积是最大重叠面积的至少40%,流体流仍被允许无任何显著限制地流过阀。然而,当重叠面积达到此水平时,如果相对速度被维持在相对高的水平,可出现压力脉冲,即水锤。因此当重叠面积达到此水平时,期望将该速度降低至V2。然而,取决于阀的设计,尤其是第一阀部件和第二阀部件中形成的开口的尺寸和形状,以及最大重叠面积的尺寸,可能需要选择更大的预定重叠面积,以确保避免水锤。相似地,可能维持更高的速度,直到达到更小的重叠面积而未经历水锤。
该方法可进一步包括在已达到限定最小开度的位置之后增加相对速度的步骤。根据本实施方式,当阀已到达其关闭位置,即当水锤发生的风险不再存在时,(多个)阀部件被再次快速移动。在(多个)阀部件已达到限定阀关闭位置的位置之后,(多个)阀部件可朝阀的打开可被启动的下个位置被移动。此移动可在高速度被执行,而不冒水锤发生的风险,且这允许阀被操作得更加迅速。此外,阀的打开也可在高相对速度被执行。因此,根据本实施方式,第一阀部件与第二阀部件之间的相对速度仅在正在发生阀实际关闭的非常有限的时间内被减少。阀的整体操作从而通过考虑避免水锤,在尽可能高的速度被执行。
第一阀部件与第二阀部件之间的相对移动可以逐步的方式被执行。这可借助步进电机被有利地获得。根据本实施方式,“相对速度”可被视为广义的,例如在(多个)阀部件被移动至随后位置的另一步之前,代表在一个位置的“等待时间”。这种等待时间确定了(多个)阀部件通过多个步骤多快被从初始位置移动到结束位置,因此它代表了此移动的“速度”。
作为替代方案,第一阀部件与第二阀部件之间的相对移动可以基本上连续的方式被执行。
第一阀部件与第二阀部件之间的相对移动速度可进一步取决于通过阀的制冷剂的所需质量流量。在制冷系统上的负荷需要大量制冷剂被供应至蒸发器,由此需要大质量流量的制冷剂通过膨胀阀的情况下,需要相对快地移动(多个)阀部件以确保阀的正常操作。这可导致压力脉冲和相关噪音的增加,但在这些情形下必须接受这点。另一方面,当制冷系统上的负荷需要较小量制冷剂被供应至蒸发器,由此需要更小质量流量的制冷剂通过膨胀阀时,(多个)阀部件的快速移动不太重要,因此更多时间可用于以阻止水锤的方式关闭阀。因此,在以迅速方式操作阀与避免水锤之间的平衡可根据通过膨胀阀的制冷剂的所需质量流量而被调整。
根据一个实施方式,第二阀部件可包括流体连接至流体介质源的一个开口,且第一阀部件可包括至少两个开口,每个第一阀部件的开口流体连接至至少两个平行流路之一。在这种情况下,该方法可进一步包括通过执行第一阀部件与第二阀部件之间的相对移动将流体介质分配在至少两个平行流路之中的步骤。
所述至少两个平行流路可为至少两个流体地平行布置的蒸发器,或相同蒸发器的至少两个制冷剂流动管道,该流动管道流体地平行布置。
因此,根据本实施方式,通过执行第一阀部件与第二阀部件之间的相对移动,流体介质被分配在该至少两个平行流路之中,流体介质在流体介质膨胀之前或期间被分配在流路之中。因此,在分配期间,流体介质至少部分地在液体状态。在流路是以蒸发器的微通道形式且流体介质是制冷剂的情况下,这特别是一个优势,因为微通道仅能够容纳小体积的制冷剂,因此如果制冷剂在基本上气态相时,即在膨胀已经发生之后被分配在流路中,存在制冷剂过早“沸腾”的风险。
附图说明
现在参考附图将更详细地描述本发明,其中:
图1a和1b显示了适于执行根据本发明实施方式的方法的第一阀部件和第二阀部件,该阀部件的开口具有基本上圆形的形状;
图2a-2f说明了图1a和1b的第一阀部件和第二阀部件的相对移动;
图3a和3b显示了适于执行根据本发明一个实施方式的方法的第一阀部件和第二阀部件,该阀部件的开口具有锥形的形状;
图4a-4e说明了图3a和3b的第一阀部件和第二阀部件的相对移动;
图5显示了随根据现有技术操作方法的在第一阀部件和第二阀部件相对移动期间的时间而变化的流体介质中相对速度,相对位置和压力的相应图表;
图6更详细地显示了图5图表的一部分;
图7显示了随根据本发明实施方式的操作方法的在第一阀部件和第二阀部件相对移动期间的时间而变化的流体介质中相对速度,相对位置和压力的相应图表;
图8更详细地显示了图7图表的一部分。
具体实施方式
图1a显示了适于执行根据本发明实施方式的方法的用于阀的第一阀部件1。第一阀部件1是以基本上圆盘的形式,且它具有四个开口2,每个具有基本上圆形的截面,形成在其中作为通过该盘延伸的槽型孔(trough-going bore)。
图1b显示了适于执行根据本发明实施方式的方法的用于阀的第二阀部件3。第二阀部件3是以基本上圆盘的形式,其具有直径基本上等于图1a的第一阀部件1的直径。因此,图1a的第一阀部件1和图1b的第二阀部件3适配于形成相同阀的部件并在限定阀的开度中协作。这将在以下参考图2a-2f被更详细地描述。
第二阀部件3提供有以通过盘延伸的通孔的形式的开口4。开口4具有基本上圆形的截面,圆形开口4的直径基本上等于图1a的第一阀部件1的每个开口2的直径。
图2a-2f说明了图1a的第一阀部件1和图1b的第二阀部件3的相对移动。第一阀部件1和第二阀部件3以这样的方式被邻近地布置:盘的圆形表面基本上重叠,从而限定共同的中心。阀部件1,3的一个或两个适配于以这样的方式关于通过该共同中心延伸的旋转轴执行旋转移动:在第一阀部件1与第二阀部件3之间执行相对旋转移动。
在图2a中,第一阀部件1和第二阀部件3相对彼此以这样的方式被布置:第二阀部件3的开口4与第一阀部件1的开口2a之一完全重叠。由此,流道通过阀部件1,3被第一阀部件1的开口2a和第二阀部件3的开口4限定。由于在开口2a,4之间的完全重叠,流道的尺寸被开口2a,4中每个的尺寸限定。因此,在图2a中,流道的尺寸是可能的最大值,因此,第一阀部件1和第二阀部件3的这相互位置限定了阀的最大开度。连接至由开口2a,4的重叠限定的流道的流路从而将接收流体的最大流。
在所有的图2a-2f中,在第二阀部件3的开口4与第一阀部件1的任何其余开口2b之间没有重叠。因此,没有流体被允许流入连接至这些开口2a的流路,因此阀可被视为朝这些流路关闭。
在图2b中,第一阀部件1和第二阀部件3的相互位置已被稍稍改变。因此,第一阀部件1的开口2a与第二阀部件3的开口4之间的重叠不再是完全的。因此,由重叠的开口2a,4限定的流道尺寸,与图2a所示的情况相比已被减少。然而,流道仍然比较大,从而允许显著的流体流经过流道。
在图2c中,第一阀部件1和第二阀部件3的相互位置被进一步改变,第一阀部件1的开口2a与第二阀部件3的开口4之间的重叠已被进一步减少。重叠面积现在被减小至由图2a所示阀部件1,3的相互位置中的开口2a,4所限定的最大重叠面积的约30%。
在图2d中,第一阀部件1和第二阀部件3的相互位置被更进一步改变,且开口2a,4之间的重叠被更进一步减少。重叠面积现在非常小,但仍然限定流道。因此,流体介质仍然被允许朝连接至流道的流路而经过该流道,但在非常低的流率。因此,阀仍然在打开位置,即使开度非常小。
在图2e中,第一阀部件1和第二阀部件3的相互位置被更进一步改变。在图2e中,第一阀部件1的开口2a与第二阀部件3的开口4被布置为彼此直接相邻。因此,没有重叠被开口2a,4限定,没有流体流被允许通过开口2a,4,阀已刚刚达到关闭位置。
在图2f中,第一阀部件1和第二阀部件3的相互位置被更进一步改变。第二阀部件3的开口4被布置在第一阀部件1的开口2a,2b中的两个之间的位置上,即它不被布置为与第一阀部件1的任何开口2重叠。因此,没有流体被允许通过阀,因此阀仍然在关闭位置。开口4在其朝第一阀部件1的下个开口2b的路上,且当它到达下个开口2b时,将限定重叠,由此朝连接至那个开口2b的流路打开阀。
如上所述,在图2a和2b所示的位置,由开口2a,4限定的重叠面积,以及由此的阀开度是相对大的。从而在这些位置发生水锤的风险非常有限。然而,当第一阀部件1和第二阀部件3的相互位置经图2d所示位置,从图2c所示位置被改变至图2e所示位置时,如果移动被执行得太快,可能发生水锤。根据本发明,图2a-2f所示移动因此可有利地以下列方式被执行。阀部件1,3经图2b所示位置,从图2a所示位置至图2c所示位置的相对移动被执行在相对高的速度,从而确保可接受的响应时间和阀的正常操作。
当到达图2c所示位置时,第一阀部件1与第二阀部件3之间相对移动的速度被突然或逐渐地减小。因此,经图2d所示位置,从图2c所示位置至图2e所示位置的阀部件1,3的相对移动被执行在比从图2a所示位置至图2c所示位置的移动更低的速度。从而可观地减少水锤发生的风险。
当到达图2e所示位置时,阀在关闭位置,第一阀部件1与第二阀部件3之间相对移动的速度可再被增加,因为阀在关闭位置时,水锤不会发生。因此,从图2e所示位置至图2f所示位置的相对移动被执行在高速度。
在阀关闭移动期间改变速度确保了阀在确保正常操作与可接受响应时间之间正确的平衡,并避免或减少了水锤产生的问题。
图3a和3b显示了用于阀的第一阀部件1和第二阀部件3。第一阀部件1被提供有四个以具有锥形截面的通孔形式的开口5。第二阀部件3被提供有一个以具有锥形截面的通孔形式的开口6。除了开口5,6的截面形状,图3a和3b所示的阀部件1,3与图1a和1b所示的阀部件1,3相同,所以它们在此不被详细地描述。
图4a-4e说明了图3a所示第一阀部件1与图3b所示第二阀部件3之间的相对移动。阀部件1,3的相互位置从图4a所示全打开位置被改变至图4e所示全关闭位置。参考图2a-2f的上述说明在此同样适用。
与以上描述类似,图4a-4e所示的相对移动可有利地被以这样的方式执行:经图4b所示位置,从图4a所示位置至图4c所示位置的相对移动被执行在相对高的速度。从图4c所示位置至图4d所示位置的相对移动被执行在降低的速度,从而避免或减少水锤。最后,从图4d所示位置至图4e所示位置的相对移动,即当阀在关闭位置时,被执行在高速度。
图5显示了随根据现有技术操作方法的第一阀部件1和第二阀部件3相对移动期间的时间而变化的流体介质中相对速度7,相对位置8和压力9的相应图表。第一阀部件1和第二阀部件3可为例如图1a和1b所示的种类,或图3a和3b所示的种类。
最初,在t=0,阀部件1,3的相对速度7较高,阀部件1,3之间的相对位置8在恒定速度被改变。压力9是稳定的。在该移动期间,阀是打开的,即它被移动到限定最大开度的位置。
在t=t1,相对移动被停止,即相对速度7为零,相对位置8不变,直到t=t2。从t=t1至t=t2流逝的时间限定了阀被保持打开的时间。
在t=t2,相对速度7再次被改变为高值,引起阀部件1,3的相对位置8再次改变。由此阀的关闭移动被启动。从图表中清楚可见,这引起流体介质的压力9剧烈振荡,在关闭操作已被完成且在第一阀部件1与第二阀部件3之间的相对移动在t=t3已被停止之后,这些压力振荡继续。这就是被称为水锤的现象。注意到在整个关闭操作以及打开操作期间,第一阀部件1与第二阀部件3之间的相对移动被执行在基本上相同的速度。
在图5中,由关闭操作跟随的随后打开操作被进一步说明。
图6是图5图表的放大图,说明了上述的关闭操作。在图6中,可容易地看到,在整个关闭操作期间,第一阀部件1与第二阀部件3之间相对移动的速度7被维持在基本上恒定的水平。
图7显示了随根据本发明实施方式操作方法的第一阀部件1和第二阀部件3相对移动期间的时间而变化的流体介质中相对速度10,相对位置11和压力12的相应图表。第一阀部件1和第二阀部件3可为例如图1a和1b所示的种类,或图3a和3b所示的种类。
最初,在t=0,第一阀部件1与第二阀部件3之间的相对速度10在相对高且基本恒定的水平。这引起阀被打开。在t=t4,相对速度10被突然移动到零,第一阀部件1与第二阀部件3之间的相对位置11被维持在恒定的水平,直到t=t5。在这段时间内,阀在全打开状态。
在t=t5,阀的关闭操作被启动。从t=t5至t=t6,第一阀部件1和第二阀部件3以在打开操作期间同样被施加的高的相对速度10被移动。在t=t6,该速度被进一步降低到基本是高水平一半的水平。在t=t7,该速度10甚至被进一步降低到非常低的水平。在t=t8,阀已被移动至全关闭位置,且速度10被再次增加到高水平,在该高水平它被维持直到t=t9,在t9处第一阀部件1与第二阀部件3之间的相对移动被停止。
相对速度10的逐渐下降被反映在第一阀部件1和第二阀部件3之间的相对位置11中。可以看出,图表11在t=t5与t=t8之间逐渐变平。
响应上述关闭操作,流体介质的压力12振荡,相似于参考图5的上述情况。但是,该振荡不是深远的,且该振荡被更快地衰减。因此,相比于图5和6所示现有技术方法执行第一阀部件1和第二阀部件3相对移动的情况,水锤造成的问题被可观地减少。水锤被减少是因为在关闭操作的最后部分期间,相对移动的速度10非常低。此外,在关闭操作的初始部分期间在高速度移动阀部件1,3,且当阀是全封闭时,确保了阀的迅速操作和可接受响应时间。
图7进一步显示了由另一关闭操作跟随的阀的随后打开操作。
图8是图7的图表10,11,12的放大图,说明了上述从t=t5至t=t9的关闭操作。从压力图表12清楚可见,相比于图5和6所示的情况,压力振荡被显著减小。
Claims (5)
1.一种阀操作方法,所述阀包括:其中形成至少一个开口(2,5)的第一阀部件(1)和其中形成至少一个开口(4,6)的第二阀部件(3),第一阀部件(1)和第二阀部件(3)适配为执行相对移动,第一阀部件(1)的开口(2,5)与第二阀部件(3)的开口(4,6)的相对位置借助第一阀部件(1)的开口(2,5)和第二阀部件(3)的开口(4,6)的重叠面积限定了阀的开度,所述方法包括如下步骤:
——将第一阀部件(1)和/或第二阀部件(3)从限定了阀最大开度的位置朝限定了阀最小开度的位置移动,方式是使第一阀部件(1)与第二阀部件(3)之间相对移动的速度根据第一阀部件(1)的开口(2,5)与第二阀部件(3)的开口(4,6)之间的重叠面积而变化,并使所述速度随重叠面积的减小而降低,
其中:移动第一阀部件(1)和/或第二阀部件(3)的步骤包括如下步骤:
——在第一相对速度V1移动第一阀部件(1)和/或第二阀部件(3),直到达到预定的重叠面积,以及
——随后在第二相对速度V2移动第一阀部件(1)和/或第二阀部件(3),直到重叠面积是零,阀由此处于关闭位置,
其中,V2低于V1。
2.根据权利要求1所述的方法,其中:预定的重叠面积在最大重叠面积的40%至80%的间隔内。
3.根据权利要求1或2所述的方法,还包括在已经达到限定最小开度的位置后增大相对速度的步骤。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中:第一阀部件(1)与第二阀部件(3)之间相对移动的速度还取决于通过所述阀的制冷剂的所需质量流量。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其中:第二阀部件(3)包括流体连接至流体介质源的一个开口(4,6),且第一阀部件(1)包括至少两个开口(2,5),第一阀部件(1)的开口(2,5)中的每一个流体连接到至少两个平行流路径之一,所述方法还包括通过执行第一阀部件(1)与第二阀部件(3)之间的相对移动,在所述至少两个平行流路之中分配流体介质的步骤。
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