CN112595491B - 一种汽蚀管液流试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽蚀管液流试验方法,首先调节汽蚀管的入口压力和出口压力分别与预设初始入口压力值和预设初始出口压力值相同,并测量汽蚀管入口处的液体温度及流量;随后逐次调节汽蚀管的出口压力,并测量出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度;将上述步骤得到的若干组数据进行计算,得到相对应的流量系数及压力损失系数;将若干组流量系数及压力损失系数进行分析,得到汽蚀管发生临界汽蚀状态的流量系数和压力损失系数。由于在试验过程中不需要严格限定汽蚀管的入口压力,因此不需配备智能化的自动调节设备即可保证液流实验的正常进行,从而降低了测试系统的复杂程度,降低了试验系统的成本。
Description
技术领域
本发明涉及液体火箭技术领域,具体涉及一种汽蚀管液流试验方法。
背景技术
液体火箭发动机中各零部件制造时的尺寸公差及装配公差,会使涡轮效率、泵的特性、气液流道与发动机喷嘴的压降等参数产生偏差,导致发动机性能参数的散布。为了解决上述问题,通常在发动机管路中设置汽蚀管等调节元件,通过改变汽蚀管的喉部尺寸,调整发动机的推进剂流量,从而达到调节推力和混合比的目的。
汽蚀管选配前,需要对汽蚀管进行液流试验,以获得汽蚀管工作状态下的特性参数,如流量系数、压力损失系数等,并依次作为选配依据。一般汽蚀管液流试验方法分为“进程调节”测定法和“回程调节”测定法。“进程调节”测定法为:保证汽蚀管入口压力为某一定值,出口压力略小于入口压力,逐渐降低出口压力,直至出现初始汽蚀为止,利用此时的出口压力和入口压力计算得到临界汽蚀状态的流量系数、压力损失系数;“回程调节”测定法为:保证汽蚀管入口压力为某一定值,出口压力大大小于入口压力,逐渐增加出口压力,直至不汽蚀为止利用此时的出口压力和入口压力计算得到临界汽蚀状态的流量系数、压力损失系数。
然而上述汽蚀管液流试验方法要求入口压力保持一定,并逐渐变化出口压力,因此测试过程中需要配备智能化的自动调节设备,以使汽蚀管入口压力和出口压力满足测试条件的要求,这大大增加了试验系统的复杂程度。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有汽蚀管液流试验系统具有较高的复杂程度,从而提供一种汽蚀管液流试验方法。
为此,本发明提供一种汽蚀管液流试验方法,包括以下步骤:
(1)调节所述汽蚀管的入口压力和出口压力,使入口压力值与预设初始入口压力值的大小相同,出口压力值与所述预设初始出口压力值的大小相同,所述预设初始出口压力值为所述预设初始入口压力值的40%-50%,并测量汽蚀管入口处的液体温度及流量;
(2)增大所述汽蚀管的出口压力,并测量出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度,使所述出口压力值小于所述预设初始入口压力值;
(3)重复进行步骤(2),直至所述出口压力值等于所述预设初始入口压力值的90%-95%;
(4)将上述步骤得到的若干组入口压力值、出口压力值、液体流量及液体温度进行计算,得到相对应的流量系数及压力损失系数;
(5)对计算得到的若干组流量系数及压力损失系数进行分析,其中,随着所述压力损失系数的递减,所述流量系数存在一突变值,则该突变值即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的流量系数,所述流量系数对应的压力损失系数即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的压力损失系数。
优选的,所述预设初始入口压力值为3MPa-4MPa。
优选的,所述步骤(2)的重复次数为9次-24次。
优选的,在步骤(1)调节所述汽蚀管的入口压力和出口压力之前,还包括监控液体温度使之稳定的步骤。
优选的,所述流量系数的计算公式为:
式中,Cd为所述汽蚀管的流量系数,qm为液体的质量流量,ρ为液体的密度,d为所述汽蚀管的喉部直径,Pi为所述汽蚀管的入口压力,Ps为液体在环境温度下的饱和蒸汽压;
所述压力损失系数的计算公式为:
式中,δ为压力损失系数,Pe为所述汽蚀管的出口压力。
本发明还提供一种汽蚀管液流试验方法,包括以下步骤:
(1)调节所述汽蚀管的入口压力和出口压力,使入口压力值与预设初始入口压力值的大小相同,出口压力值与所述预设初始出口压力值的大小相同,所述预设初始出口压力值为所述预设初始入口压力值的90%-95%,并测量汽蚀管入口处的液体温度及流量;
(2)降低所述汽蚀管的出口压力,并测量出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度;
(3)重复进行步骤(2),直至所述出口压力值等于所述预设初始入口压力值的45%-50%;
(4)将上述步骤得到的若干组出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度进行计算,得到相对应的流量系数及压力损失系数;
(5)对计算得到的若干组流量系数及压力损失系数进行分析,其中,随着所述压力损失系数的递减,所述流量系数存在一突变值,则该突变值即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的流量系数,所述流量系数对应的压力损失系数即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的压力损失系数。
优选的,所述预设初始入口压力值为3MPa-4MPa。
优选的,所述步骤(2)的重复次数为9次-24次。
优选的,在步骤(1)测量进入汽蚀管的液体流量之前,还包括监控液体温度使液体温度稳定的步骤。
优选的,所述流量系数的计算公式为:
式中,Cd为所述汽蚀管的流量系数,qm为液体的质量流量,ρ为液体的密度,d为所述汽蚀管的喉部直径,Pi为所述汽蚀管的入口压力,Ps为液体在环境温度下的饱和蒸汽压;
所述压力损失系数的计算公式为:
式中,δ为压力损失系数,Pe为所述汽蚀管的出口压力。
本发明技术方案,具有如下优点:
本发明提供的汽蚀管液流试验方法,首先调节所述汽蚀管的入口压力和出口压力分别与预设初始入口压力值和预设初始出口压力值相同,并测量汽蚀管入口处的液体温度及流量;随后逐次调节所述汽蚀管的出口压力,并测量出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度,在出口压力的调节过程中不要求入口压力不变;将上述步骤得到的若干组入口压力值、出口压力值、液体流量及液体温度进行计算,得到相对应的流量系数及压力损失系数;将上述步骤得到的流量系数及压力损失系数进行分析,由于汽蚀管处于汽蚀状态时,随着压力损失系数的变化,其流量系数基本保持平稳,而当汽蚀管未处于汽蚀状态时,其流量系数随着压力损失系数的变化而变化,因此随着所述压力损失系数的递减,所述流量系数会发生突变,该突变值即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的流量系数,所述流量系数对应的压力损失系数即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的压力损失系数。
由于本发明提供的汽蚀管液流试验方法在试验过程中不需要严格限定汽蚀管的入口压力,降低了液流试验过程中汽蚀管的入口压力和出口压力要求,因此不需配备智能化的自动调节设备即可保证液流实验的正常进行,从而降低了测试系统的复杂程度,简化了试验装置,降低了试验系统的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例提供的汽蚀管液流试验装置的结构示意图;
图2为本发明的实施例1提供的汽蚀管液流试验方法的流程示意图;
图3为本发明的实施例1提供的汽蚀管液流试验方法得到的散点图;
图4为本发明的实施例2提供的汽蚀管液流试验方法的流程示意图;
附图标记说明:
1-气源贮箱;2-压力调节器;3-介质贮箱;4-截止阀;5-流量计;6-入口压力传感器;7-温度传感器;8-汽蚀管;9-出口压力传感器;10-调节阀。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图2所示,本实施例提供一种汽蚀管液流试验方法,包括以下步骤:
S1、调节汽蚀管的入口压力和出口压力,使入口压力值与预设初始入口压力值的大小相同,出口压力值与预设初始出口压力值的大小相同,预设初始出口压力值为预设初始入口压力值的40%-50%,并测量汽蚀管入口处的液体温度及流量;
S2、增大汽蚀管的出口压力,并测量出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度,使出口压力值小于预设初始入口压力值;
S3、重复进行步骤(2),直至所述出口压力值等于所述预设初始入口压力值的90%-95%;
S4、将上述步骤得到的若干组入口压力值、出口压力值、液体流量及液体温度进行计算,得到相对应的流量系数及压力损失系数;
S5、对计算得到的若干组流量系数及压力损失系数进行分析,其中,随着压力损失系数的递减,流量系数存在一突变值,则该突变值即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的流量系数,流量系数对应的压力损失系数即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的压力损失系数。
本实施例提供的汽蚀管液流试验方法,首先调节汽蚀管的入口压力和出口压力分别与预设初始入口压力值和预设初始出口压力值相同,并测量汽蚀管入口处的液体温度及流量;随后逐次调节汽蚀管的出口压力,并测量出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度,在出口压力的调节过程中不要求入口压力不变;将上述步骤得到的若干组入口压力值、出口压力值、液体流量及液体温度进行计算,得到相对应的流量系数及压力损失系数;将上述步骤得到的流量系数及压力损失系数进行分析,由于汽蚀管处于汽蚀状态时,随着压力损失系数的变化,其流量系数基本保持平稳,而当汽蚀管未处于汽蚀状态时,其流量系数随着压力损失系数的变化而变化,因此随着压力损失系数的递减,流量系数会发生突变,该突变值即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的流量系数,流量系数对应的压力损失系数即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的压力损失系数。
由于本发明提供的汽蚀管液流试验方法在试验过程中不需要严格限定汽蚀管的入口压力,降低了液流试验过程中汽蚀管的入口压力和出口压力要求,因此不需配备智能化的自动调节设备即可保证液流实验的正常进行,从而降低了测试系统的复杂程度,简化了试验装置,降低了试验系统的成本。
具体的,如图1所示,本实施例提供的汽蚀管液流试验方法所采用的汽蚀管液流试验装置包括:
气源贮箱1;
介质贮箱3,适于与汽蚀管8的入口连通;
压力调节器2,分别连接气源贮箱1及介质贮箱3,用以调节由气源贮箱1进入介质贮箱3的气体量以调节汽蚀管8的入口压力;
控制阀,设置于介质贮箱3的下游,用以控制介质贮箱3内液体的流通;
流量计5,设置于控制阀的下游;
入口压力传感器6,设置于流量计5的下游,且适于设置于汽蚀管8的入口处;
出口压力传感器9,设置于入口压力传感器6的下游,且适于设置于汽蚀管8的出口处;
调节阀10,设置于出口压力传感器9的下游,用以调节汽蚀管8的出口压力。
此外,汽蚀管液流试验装置还包括温度传感器7,温度传感器7设置于流量计5的下游,且适于设置于汽蚀管8的入口处,以测量液体温度;
汽蚀管液流试验装置还包括截止阀4,截止阀4设置于介质贮箱3的下游且位于流量计5的上游。
下面具体详细的介绍本实施例提供的汽蚀管液流试验方法。
步骤S1的具体操作为:
在将汽蚀管安装至图1所示的液流实验中后,打开控制阀,使介质贮箱3内的液体进入汽蚀管8,调节压力调节器2以调节由气源贮箱1进入介质贮箱3的气体量,并调节调节阀10的开度,在上述调节过程中,通过入口压力传感器6和出口压力传感器9分别测量汽蚀管8的入口压力和出口压力,直至入口压力值与预设初始入口压力值的大小相同,出口压力值与预设初始出口压力值的大小相同时停止调节,预设初始入口压力值可以为3MPa-4MPa;并通过流量计5测量汽蚀管8入口处的流量,通过温度传感器7测量汽蚀管8入口处的液体温度。
在调节汽蚀管8的入口压力和出口压力之前,还可以通过温度传感器7监控液体温度使液体温度稳定。
步骤S2的具体操作为:
通过调节阀10增大出口压力,由出口压力传感器9测得此时的出口压力值,使此时的出口压力值小于预设初始入口压力值,由入口压力传感器6测得汽蚀管8此时的入口压力值,通过流量计5测量汽蚀管8入口处的流量,通过温度传感器7测量汽蚀管8入口处的液体温度。
需要理解的是,在步骤S2中,可以先预设一个增大后的出口压力值,然后增大出口压力至实际出口压力值与上述预设值相同;也可以先增大出口压力,随后测量出口压力值的大小,保证其小于预设初始入口压力值即可。
在步骤S3中,将步骤S2进行简单重复;重复次数可以为9次-24次,直至出口压力值为所述预设初始入口压力值的90%-95%。
在步骤S4中,流量系数的计算公式为:
式中,Cd为汽蚀管的流量系数,qm为液体的质量流量,ρ为液体的密度,d为汽蚀管的喉部直径,Pi为汽蚀管的入口压力,Ps为液体在环境温度下的饱和蒸汽压;
压力损失系数的计算公式为:
式中,δ为压力损失系数,Pe为汽蚀管的出口压力。
在步骤S5中,获取流量系数的突变值的方法可以是:
将步骤S4计算得到的若干组流量系数及压力损失系数制作散点图,其中,X轴表示压力损失系数,Y轴表示流量系数。散点图中的拐点处的X轴示数即为该突变值,也即为汽蚀管发生临界汽蚀时的压力损失系数,Y轴示数为汽蚀管发生临界汽蚀时的流量系数。
需要理解的是,为了提高汽蚀管液流试验方法的准确性,本实施例中所述的测量值优选为每个待测参数测量多次取得的平均值。具体的,每个待测参数测量一段时间后得到多个数值,多个数值计算得到上述平均值。测量时间可以为10s-20s,测量的时间间隔为1s-2s。
作为一个具体的实施方式,预设初始入口压力值为4MPa,预设初始出口压力值为1.5MPa,预设的增大后的出口压力值依次为2.5MPa、3MPa、3.2MPa、3.3MPa、3.4MPa、3.5MPa、3.6MPa、3.7MPa和3.8MPa,经过步骤S1-步骤S5后作出如图3所示的散点图。
由图可知,汽蚀管发生临界汽蚀时的压力损失系数为11%,汽蚀管发生临界汽蚀时的流量系数为95%。
实施例2
如图4所示,本实施例提供一种汽蚀管液流试验方法,包括以下步骤:
S1、调节汽蚀管的入口压力和出口压力,使入口压力值与预设初始入口压力值的大小相同,出口压力值与预设初始出口压力值的大小相同,预设初始出口压力值为预设初始入口压力值的90%-95%,并测量汽蚀管入口处的液体温度及流量;
S2、降低汽蚀管的出口压力,并测量出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度;
S3、重复进行步骤(2),直至所述出口压力值等于所述预设初始入口压力值的45%-50%;
S4、将上述步骤得到的若干组入口压力值、出口压力值、液体流量及液体温度进行计算,得到相对应的流量系数及压力损失系数;
S5、对计算得到的若干组流量系数及压力损失系数进行分析,其中,随着压力损失系数的递减,流量系数存在一突变值,则该突变值即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的流量系数,流量系数对应的压力损失系数即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的压力损失系数。
本实施例提供的汽蚀管液流试验方法,首先调节汽蚀管的入口压力和出口压力分别与预设初始入口压力值和预设初始出口压力值相同,并测量汽蚀管入口处的液体温度及流量;随后逐次调节汽蚀管的出口压力,并测量出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度,在出口压力的调节过程中不要求入口压力不变;将上述步骤得到的若干组入口压力值、出口压力值、液体流量及液体温度进行计算,得到相对应的流量系数及压力损失系数;将上述步骤得到的流量系数及压力损失系数进行分析,由于汽蚀管处于汽蚀状态时,随着压力损失系数的变化,其流量系数基本保持平稳,而当汽蚀管未处于汽蚀状态时,其流量系数随着压力损失系数的变化而变化,因此随着压力损失系数的递减,流量系数会发生突变,该突变值即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的流量系数,流量系数对应的压力损失系数即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的压力损失系数。
由于本发明提供的汽蚀管液流试验方法在试验过程中不需要严格限定汽蚀管的入口压力,降低了液流试验过程中汽蚀管的入口压力和出口压力要求,因此不需配备智能化的自动调节设备即可保证液流实验的正常进行,从而降低了测试系统的复杂程度,简化了试验装置,降低了试验系统的成本。
本实施例提供的汽蚀管液流试验方法所采用的汽蚀管液流试验装置同实施例1,在此不再赘述。
下面具体详细的介绍本实施例提供的汽蚀管液流试验方法。
步骤S1的具体操作为:
在将汽蚀管安装至图1所示的液流实验中后,打开控制阀,使介质贮箱3内的液体进入汽蚀管8,调节压力调节器2以调节由气源贮箱1进入介质贮箱3的气体量,并调节调节阀10的开度,在上述调节过程中,通过入口压力传感器6和出口压力传感器9分别测量汽蚀管8的入口压力和出口压力,直至入口压力值与预设初始入口压力值的大小相同,出口压力值与预设初始出口压力值的大小相同时停止调节,预设初始入口压力值可以为3MPa-4MPa;并通过流量计5测量汽蚀管8入口处的流量,通过温度传感器7测量汽蚀管8入口处的液体温度。
在调节汽蚀管8的入口压力和出口压力之前,还可以通过温度传感器7监控液体温度使液体温度稳定。
步骤S2的具体操作为:
通过调节阀10降低出口压力,由出口压力传感器9测得此时的出口压力值,由入口压力传感器6测得汽蚀管8此时的入口压力值,通过流量计5测量汽蚀管8入口处的流量,通过温度传感器7测量汽蚀管8入口处的液体温度。
需要理解的是,在步骤S2中,可以先预设一个降低后的出口压力值,然后降低出口压力至实际出口压力值与上述预设值相同;也可以先降低出口压力,随后测量出口压力值的大小。
在步骤S3中,将步骤S2进行简单重复;重复次数可以为9次-24次,直至出口压力值为所述预设初始入口压力值的45%-50%。
在步骤S4中,流量系数的计算公式为:
式中,Cd为汽蚀管的流量系数,qm为液体的质量流量,ρ为液体的密度,d为汽蚀管的喉部直径,Pi为汽蚀管的入口压力,Ps为液体在环境温度下的饱和蒸汽压;
压力损失系数的计算公式为:
式中,δ为压力损失系数,Pe为汽蚀管的出口压力。
在步骤S5中,获取流量系数的突变值的方法可以是:
将步骤S4计算得到的若干组流量系数及压力损失系数制作散点图,其中,X轴表示压力损失系数,Y轴表示流量系数。散点图中的拐点处的X轴示数即为该突变值,也即为汽蚀管发生临界汽蚀时的压力损失系数,Y轴示数为汽蚀管发生临界汽蚀时的流量系数。
需要理解的是,为了提高汽蚀管液流试验方法的准确性,本实施例中所述的测量值优选为每个待测参数测量多次取得的平均值。具体的,每个待测参数测量一段时间后得到多个数值,多个数值计算得到上述平均值。测量时间可以为10s-20s,测量的时间间隔为1s-2s。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种汽蚀管液流试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)调节所述汽蚀管的入口压力和出口压力,使入口压力值与预设初始入口压力值的大小相同,出口压力值与预设初始出口压力值的大小相同,所述预设初始出口压力值为所述预设初始入口压力值的40%-50%,并测量汽蚀管入口处的液体温度及流量;
(2)增大所述汽蚀管的出口压力,并测量出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度,所述出口压力值小于所述预设初始入口压力值;
(3)重复进行步骤(2),直至所述出口压力值等于所述预设初始入口压力值的90%-95%;
(4)将上述步骤得到的若干组入口压力值、出口压力值、液体流量及液体温度进行计算,得到相对应的流量系数及压力损失系数;
(5)对计算得到的若干组流量系数及压力损失系数进行分析,其中,随着所述压力损失系数的递减,所述流量系数存在一突变值,则该突变值即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的流量系数,所述流量系数对应的压力损失系数即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的压力损失系数。
2.根据权利要求1所述的汽蚀管液流试验方法,其特征在于,
所述预设初始入口压力值为3MPa-4MPa。
3.根据权利要求1所述的汽蚀管液流试验方法,其特征在于,
所述步骤(2)的重复次数为9次-24次。
4.根据权利要求1-3任一项所述的汽蚀管液流试验方法,其特征在于,在步骤(1)调节所述汽蚀管的入口压力和出口压力之前,还包括监控液体温度使之稳定的步骤。
6.一种汽蚀管液流试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)调节所述汽蚀管的入口压力和出口压力,使入口压力值与预设初始入口压力值的大小相同,出口压力值与预设初始出口压力值的大小相同,所述预设初始出口压力值为所述预设初始入口压力值的90%-95%,并测量汽蚀管入口处的液体温度及流量;
(2)降低所述汽蚀管的出口压力,并测量出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度;
(3)重复进行步骤(2),直至所述出口压力值等于所述预设初始入口压力值的45%-50%;
(4)将上述步骤得到的若干组出口压力值、入口压力值、液体流量及液体温度进行计算,得到相对应的流量系数及压力损失系数;
(5)对计算得到的若干组流量系数及压力损失系数进行分析,其中,随着所述压力损失系数的递减,所述流量系数存在一突变值,则该突变值即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的流量系数,所述流量系数对应的压力损失系数即为汽蚀管发生临界汽蚀状态的压力损失系数。
7.根据权利要求6所述的汽蚀管液流试验方法,其特征在于,
所述预设初始入口压力值为3MPa-4MPa。
8.根据权利要求6所述的汽蚀管液流试验方法,其特征在于,
所述步骤(2)的重复次数为9次-24次。
9.根据权利要求6-8任一项所述的汽蚀管液流试验方法,其特征在于,在步骤(1)测量进入汽蚀管的液体流量之前,还包括监控液体温度使液体温度稳定的步骤。
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