工程热力学答案.docx
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工程热力学答案
工程热力学答案
一、填空题
第一章
1.功和热量都是与过程有关的量。
2.热量的负值代表工质向外放热。
3.功的正值代表工质膨胀对外作功。
4.循环中各个过程功的代数和等于循环净功。
5.循环中作功与耗功的绝对值之差等于循环净功。
6、热效率ηt定义为循环净功与消耗热量的比值。
7.如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关,而只与过程的初态和终态有关,那么该热力学量必是一个状态参数。
8.如果可使工质沿某一过程一样的途径逆行回复到原态,并且与之相关的外界也回复到原态、不留下任何变化,那么该过程为可逆过程。
9.不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是可逆过程。
10.可逆过程是指工质能经原过程路径逆向进展恢复到初态,并在外界不留下任何改变的过程。
11.平衡过程是整个过程中始终保持热和力的平衡的过程。
12.热力系统的平衡状态是指在不受外界影响的条件下,系统的状态能够始终保持不变。
13.系统处于平衡态通常是指同时具备了热和力的平衡。
14.被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。
15.热力系统中称与外界有质量交换为开口系统。
16.热力系统中称与外界无热交换为绝热系统。
17.热力系统中称既无能量交换又无质量交换为孤立系统。
18.热力系统中称仅与外界有能量交换而无质量交换为闭口系统。
19.大气压力为Pb,真空度为Pv,系统绝对压力P应该是P=Pb-Pv。
20.大气压力为Pb,表压力为Pg那么系统的绝对压力P=、P=Pb+Pg。
21.在大气压力为1bar的实验室里测量空气的压力时,假设真空表的读数为30000Pa,那么空气的绝对压力为7×104Pa。
22.制冷系数ε定义为在逆向循环中,低温热源放出的热量与循环消耗的净功之比。
23.供暖系数ε'定义为在逆向循环中,高温热源得到的热量与循环消耗的净功之比。
24.循环的净功等于循环的净热量。
25.热动力循环是将热能转化为机械能的循环。
26.衡量热动力循环的经济性指标是循环热效率ηt=W/Q1。
第二章
1.当1千克工质不可逆绝热地流经压气机时,假设进出口的焓分别为h1和h2,那么机器对工质作功为
。
2.工质稳定绝热流经喷管时进、出口的焓为h1和h2,假设进、出口的位能差可忽略不计,那么1千克工质的动能增量为h1-h2。
3.在一个闭口热力系统中,假设工质向外放热5KJ且对外作功5KJ,那么能变化量为-10KJ。
4.用焓变化量和技术功表示的稳定流动能量方程式为q=
h++wt。
5.稳定流动能量方程式为q=
h+
(C
-C
)+g(Z2-Z1)+Wi。
6.热力系统的总储存能包括能、宏观动能和重力位能。
7.热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象上的应用。
8.技术功Wt与膨胀功W的关系是Wt=W+P1V1-P2V2。
9.工质流经汽轮机和燃汽轮机时,位能差、动能差和散热量均可忽略不计,假设进出口的比焓分别为
和
,那么一千克工质对机器作功为h1-h2。
10.工质稳定流经锅炉、回热器等热交换器时,与外界无功的作用,略去动能差、位能差,1千克工质吸热量q=q=h2-h1。
11.在热力设备中,随工质流动而转移的能量等于h=u+pv。
12.焓的定义式h=u+pv。
13.1Kg工质通过一定的界面流入热力系统时,系统获得的总能量是焓。
14.工质进展稳定绝热流动过程时,进出口的比焓分别为
和
,假设进出口的动能差和位能差可忽略不计,那么1kg工质对外作的技术功为h1-h2。
15.在可逆过程中,技术功的计算式为
。
16.只适用于可逆过程的热力学第一定律解析式为
或
。
17.推动功只有在工质移动位置时才起作用。
18.功的数值不仅决定于工质的初态和终态,而且还和进展的过程有关。
第三章
1.某双原子理想气体的定容比热为0.72KJ/(Kg·K),其气体常数为0.288KJ/(Kg.K)。
2.在温度为T、体积为V的理想气体混合物中,假设第i种组成气体的分压力为Pi,那么其质量可表示为mi=PiV/(RiT)。
3.假设双原子理想气体的气体常数R=288J/(Kg·K),那么其定压比热Cp=
1008J/(Kg·K)。
4.在压力为P、温度为T的理想气体混合物中,假设第i种组成气体的分容积为Vi,那么其质量可表示为mi=PVi/(RiT)。
5.理想气体实质上是实际气体压力趋近于零、比容趋近于
无穷大时的极限状态。
6.质量热容c、摩尔热容Cm和体积热容C'三者之间的数量关系是Cm=M×c=0.0024C‘。
7.阿佛加德罗定律指出:
在同温同压条件下,各种气体的摩尔容积都一样。
8.在无化学反响与原子核反响的过程中,热力学能的变化只是动能
和势能的变化。
9.道尔顿分压定律可表述为混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和。
10.空气的定压摩尔比热为7Kcal/(Kmol.K),那么其定压质量比热应为1.012KJ/(Kg.K)。
11.理想气体由某一初态1,不可逆变化至状态2,其焓变量Δh12=Cpm(T2-T1)。
12.理想气体状态方程为pv=RgT或PV=mRgT。
13.理想气体在两个状态下的温度和比容值(T1,T2,v1,v2)那么状态1至状态2的比熵变化ΔS12=
。
14.理想气体的两个假设是分子有质量无体积,分子间无作用力。
15.理想气体由状态1不可逆变化至状态2,其能变化量为Δu12=Cvm(T2-T1)。
16.理想气体定压比热和定容比热的关系为Cp=Cv+Rg。
17.通用气体常数R=8.314KJ/(Kmol·K)。
18.理想气体在两个状态下的温度和压力值T1,T2,P1,P2,那么由状态1变化至状态2,其熵变量ΔS12=
。
19.假设某一理想气体的摩尔质量为M,那么其气体常数Rg=8.314/
[KJ/(Kg·K)]。
20.理想气体的热力学能仅是温度的函数。
21比热容比γ和气体常数Rg与定容比热Cv三者之间关系为Cv=Rg/(γ-1)。
22.热力学中标准状态定义为:
压力P0=1.1325×105Pa,温度T0=273.15K
23.氮气的气体常数R=296.94J/(Kg.K)。
24.理想气体进展一个定压过程后,其比热力学能的变化量可用Δu=CvmΔT计算。
25.对于理想气体,当过程的初温和终温一样时,任何一个过程的焓变化量都等于零。
26.气体常数Rg与摩尔气体常数R的关系为Rg=
。
27.理想气体进展一可逆定压过程,其吸热量等于CpΔT。
28.n千摩尔理想气体状态方程式为PV=8314.3nT。
29.不同热力过程的比热容是不一样的,所以比热容是与过程有关的量。
30.适用于理想气体可逆过程的热力学第一定律解析式为dq=CvdT+pdv。
31.理想气体的热力学能与焓只是温度的函数。
第四章
1.T-S图上可逆定容过程线下方的面积可代表绝热过程的容积变化功。
2.T-S图上可逆定压过程线下方的面积可代表焓的变化量。
3.T-S图上可逆定压线下方的面积可代表绝热过程的技术功。
4.在T-S图上,定压线的斜率小于定容线的斜率。
5.理想气体自p1、v1可逆膨胀至p2、v2,技术功wt=
,膨胀功w=
。
假设为可逆绝热膨胀,那么wt是w的k倍。
6.理想气体多变指数为n的多变过程,其技术功Wt和过程功W之间有关系式Wt=nw。
7.定容过程的热力学能增加等于吸热量,定压过程的焓增等于吸热量。
8.在P-v图上,定容过程线斜率最大,定压过程线斜率绝对值最小。
9.在T-s图上,定温过程线斜率最小,绝热过程线斜率最大。
10.理想气体进展一个吸热、降温过程,其多变指数n的围是1 11.多变过程是指整个过程的每个状态均满足PVn=C(常数)的过程。 第五章 1.热力学第二定律的克劳修斯说法为热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。 2.热力学第二定律的数学表达式可写为ds≥dq/T或∮dq/T≤0。 3.某热机E从600K的高温热源TH吸热1000KJ,向300K的低温热源TL放热,热效率为40%,由计算可得∮dQ/T=-1/3KJ/K,由E、TH、TL组成孤立系统的熵变化量为1/3KJ/K。 4.某热机从600K的热源吸热1000KJ,向300K的环境放热,热效率为40%,作功能力损失为100KJ。 5.卡诺定理说明: 在一样温度的高温热源和一样温度的低温热源之间工作的一切可逆循环,其热效率都相等,与可逆循环的种类无关,与采用哪一种工质也无关。 6.不可能制造出从单一热源吸热,使之全部转化为功而不留下其它任何变化 的热力发动机。 7.热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。 8.理想气体从一样的初态绝热膨胀到某一温度,不可逆过程所作的功等于可逆过程所作的功。 9.工质从温度为T1的热源吸热Q,该热量的作功能力〔或称最大可用能〕为Q(1-T0/T1)〔设环境温度为T0〕。 10.当孤立系统发生不可逆变化时,系统作功能力的损失I和系统熵增ΔS0间的关系为I=T0ΔS孤。 11.卡诺循环热效率仅与吸热温度和放热温度有关。 12.假设吸热温度提高,放热温度降低那么卡诺循环的热效率提高。 13.假设可逆过程与不可逆过程有一样的初、终态,那么前者的熵变等于后者的熵变。 14.卡诺循环是由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程四个过程构成。 15.假设理想气体由同一初态分别经可逆绝热膨胀和不可逆绝热膨胀到一样的终态压力,那么前者的终态温度比后者低。 16.能量中可用能的减少称为能量的贬值。 17.工质经历一个不可逆循环后,其熵变等于0。 18.卡诺定理说明在两个热源间工作的不可逆循环热效率小于可逆循环的热效率。 19.孤立系统的熵增原理是孤立系统的熵只能增大或不变,不能减小。 20.孤立系统中发生了任何不可逆变化时,孤立系统的熵增大。 21.逆向卡诺循环制冷系数的表达式为ε=。 22.工质进展一个不可逆放热过程,其熵可增、可减或不变(或不能确定)。 23.理想气体进展定压吸热过程,温度由T1升高到T2,此过程的平均吸热温度为 。 第六章 1.压缩因子是反映实际气体对理想气体的偏离程度的参数。 2.在德瓦尔方程中,(v-bm)表示实际气体分子本身占据一定体积,a/Vm2表示实际气体分子之间有相互吸引力。 3.压缩因子Z的定义式为Z=Pv/(RT),Z值的大小反映了 实际气体偏离理想气体的程度。 4.德瓦尔方程为(P+a/Vm2)(Vm-b)=RT,该方程考虑了气体分子本身所占的体积和分子间的相互作用力所产生的影响。 5.与理想气体的状态方程相比,德瓦尔方程该方程考虑到气体分子本身所占的体积;考虑到分子间的相互作用力所产生的影响。 第七章 1.在某一压力下,假设饱和水的焓为h'、饱和蒸汽的焓为h'',那么干度为x的湿蒸汽的焓为hx=h’’x+(1-x)h’。 2.湿蒸汽的干度x定义为在1千克湿蒸汽中包含x千克饱和蒸汽,而余下的(1-x)千克那么为饱为水。 3.在某一压力下,假设饱和水与饱和蒸汽的焓分别为h'和h'',那么汽化潜热r=h’’-h’。 4.h-s图上垂直线段的长度可表示定压过程的热量。 5.当湿饱和蒸汽定压变成干饱和蒸汽时,热力学能将增大。 6.在某一压力下,由饱和水变为饱和蒸汽时,温度不变、焓增大、熵增大。 7.p=30bar的湿蒸气v=0.054m3/Kg,由水蒸汽表查得v'=0.0012163m3/Kg,v''=0.06662m3/Kg,其干度应为x=0.807。 8.在一定压力下湿蒸气的焓为hx,从蒸汽表中查得h'和h''值,其干度x=(hx-h’)/(h’’-h’)。 9.在一定压力下,湿蒸汽的干度为x,假设从蒸汽表中查得v'和v'',那么该湿蒸汽的比容vx=(1-x)v’+xv’’。 10.汽化潜热r的意义是在定压下使1Kg饱和液体汽化为饱和蒸汽所需的热量,其数值r=h’’-h’或Ts(S’’-S’)。 11.在水的定压加热、汽化过程的T-S图上,下界限线的左侧为未饱和水区,上界限线的右侧为过热蒸汽区,两界限线之间那么为水汽共存的湿蒸汽区。 12.假设饱和水焓h',干饱和蒸汽焓为h'',干度为x的湿饱和蒸汽焓为xh’’+(1-x)h’。 13.在饱和水定压加热成为饱和蒸汽时,干度增加,温度不变。 14.把过冷水定压加热到饱和水时温度升高,熵增加。 15.在水的定压加热过程中,能增加,焓增加。 16.水的三相点温度是273.16K或0.01℃。 17.饱和水的干度等于0,干饱和蒸汽的干度等于1。 18.在饱和水定压加热汽化为干饱和蒸汽的过程中,其温度是不变的。 第八章 1.空气流过渐缩喷管,初压一定,背压逐渐下降,当流量到达最大值时,出口压力是初压的0.528。 2.气流通过扩压管时,压力升高,流速降低,假设来流马赫数M>1,管道截面应为渐缩形状。 3.空气流过缩放喷管,在喉部流速为当地音速,压力为临界压力,后者为初压的0.528。 4.工质经绝热节流后,压力降低,熵增大,焓不变。 5.当亚音速气流流经渐缩形喷管时,其出口的气流马赫数只能是≤1。 6.亚音速空气流经渐缩喷管,入口处气流P1=5bar,假设要求出口截面上气流到达当地音速(即M2=1),那么要求背压值P0≤0.528×5(=2.64bar)。 7.工质稳定流经喷管或扩压管时,不对设备作功,略去位能差和热交换量,其动能变化量 )=h1-h2。 8.气体在绝热管道中流动时,假设流速增加,那么焓降低。 9.对于渐缩喷管,如果初压一定,当背压低于临界压力时,该喷管的出口速度到达音速。 10.理想气体稳定流过渐缩喷管,背压等于临界压力,假设降低背压,那么喷管的出口压力将不变。 11.当来流气流为超音速时,为了提高气流的压力,应选用渐缩形扩压管。 12.理想气体稳定地流过渐缩喷管时,背压低于临界压力,假设提高初压,那么喷管出口压力将提高。 13.喷管出口速度的计算公式C2= 的适用条件是可逆过程,理想气体,定比热。 14.在管稳定的绝热流动过程中,假设不计位能,那么任一截面上的焓与动能之和保持不变。 第九章 1.对于活塞式压气机,当初态和压缩过程的多变指数都给定时,假设增压比提高,那么耗功增加。 2.假设压缩同量的气体至同样的增压比,有余隙容积时的耗功与无余隙容积时的耗功一样。 3.当活塞式压气机的余隙容积比和多变指数一定时,增压比越大,容积效率越低。 4.活塞式压气机采用两级压缩级间冷却时,最有利的中间压力是使两个气缸中所消耗的总功为最少的压力。 5.活塞式压气机余隙容积的存在,对压缩定量的气体所消耗的功无影响,使容积效率降低。 6.活塞式压气机的容积效率定义为有效吸气容积与气缸排量之比。 7.活塞式压气机的压缩过程可有三种情况,分别为定温压缩、绝热压缩和多变(1 8.活塞式压气机,当初态和增压比一定时,定温压缩过程耗功最少,绝热压缩过程耗功最多。 9.采用两级压缩、级间冷却的活塞式压气机,为使消耗的总功最少,中间压力应满足各级增压比一样。 10.多级压缩和级间冷却的主要目的是节省耗功、限制压缩终温、提高容积效率。 11.当初态和增压比一样时,活塞式压气机采用二级压缩,级间冷却比不分级压缩的耗功减少。 12.活塞式压气机,当初态和增压比一定时,随着多变指数n减小,压缩的耗功减小。 13.在活塞式压气机中,当余隙容积比和多变指数n一定时,随增压比增大,其容积效率变小。 14.当初态和增压比一样时,活塞式压气机在定温、多变、绝热三种压缩方式中,定温压缩的耗功最小,绝热压缩的温升最大。 15.对单级活塞式压缩机,随着压缩过程的多变指数n增大,气体的放热量减小。 16.对单级活塞式压缩机,随着压缩过程的多变指数n增大,压缩后气体的终温提高。 第十章 1.活塞式燃机混合加热理想循环的特性参数有压缩比ε、定容升压比λ、预胀比ρ。 2.燃机定容加热理想循环的压缩比愈高,其热效率愈高。 .在初态、压缩比、吸热量一样的条件下,燃机的定容加热理想循环的热效率比定压加热理想循环的热效率高。 3.在初态、压缩比、吸热量一样的条件下,燃机的定容加热理想循环的热效率 等于定压加热理想循环的热效率。 4.燃机混合加热理想循环的热效率随压缩比ε和定容升压比λ的增大而增大。 5.在燃机定容加热理想循环中,空气自T2=680K被加热至1600K,设比热为定值,该循环的平均吸热温度为1075K。 6.按燃料着火的方式不同,燃机可分为点燃式〔如汽油机〕与压燃式〔如柴油机〕两类。 7.在燃机理想循环中,初始温度t1=27℃,压缩比ε=10,压缩后的温度t2=480℃。 8.燃机的压缩比ε是指压缩过程的初态比容与其终态比容之比,ε越大,热效率ηt越大。 9.提高燃机混合加热理想循环热效率的途径是提高ε,λ,降低ρ。 10.燃机的奥图(Otto)循环是定容加热方式循环,狄塞尔(Diesel)循环是定压加热方式循环。 11.活塞式燃机定容加热理想循环,热效率表达式为 。 12.汽油机理想循环是定容加热方式循环。 13.假设压缩比减小,那么活塞式燃机定容加热理想循环热效率将减小。 14.活塞式燃机混合加热理想循环包括定容加热和定压加热两个吸热过程。 15.活塞式燃机混合加热理想循环的热效率ηt随压缩比ε和定容升压比λ两者的增大而增大,随预胀比ρ的增大而减小。 16.燃气轮机装置定压加热理想循环的加热过程,温度自T2升至T3,设比热为定值,该循环的平均吸热温度为(T3-T2)/ln(T3/T2)。 17.提高燃气轮机装置循环功的主要方向是提高进入燃气轮机燃气初温T3。 18.燃气轮机装置定压加热理想循环的热效率只取决于循环增压比。 19.燃气轮机装置循环净功等于燃气轮机作功与压气机耗功之差。 20.燃气轮机装置定压加热理想循环热效率表达式为 。 21.对于燃气轮机装置定压加热理想循环,当进气状态不变时,假设压气机的出口温度升高,那么该循环的热效率将提高。 第十一章 1.当初温和背压不变时,假设提高初压,那么蒸汽动力装置朗肯循环的热效率和乏汽的干度将分别提高和降低。 2.当初压和背压不变时,假设提高初温,那么蒸汽动力装置朗肯循环的热效率将提高。 3.当初温和初压不变时,假设降低背压,那么蒸汽动力装置朗肯循环的热效率将提高。 4.对于蒸汽动力装置的朗肯循环,在一样的初压和背压下,假设提高新汽的温度,那么热效率提高,汽轮机中的膨胀终态干度增大。 5.对于蒸汽动力装置的朗肯循环,在一样的初温和背压下,假设提高初压,那么乏汽的干度将降低。 6.当忽略水泵功时,朗肯循环热效率的近似式ηt=(h1-h2)/(h1-h2’)。 7.在朗肯循环中,假设泵入锅炉的未饱和水的焓和熵为h4、s4,流出过热器的过热蒸汽的焓和熵为h1、s1,那么该循环的平均吸热温度 =(h1-h4)/(s1-s4)。 8.影响蒸汽动力装置朗肯循环热效率的蒸汽参数是P1、t1、P2。 9.对蒸汽动力装置循环,在一样的初温和初压下,假设提高背压,那么循环热效率将降低,膨胀终态干度将增大。 10.蒸汽动力装置循环净功等于汽轮机作功和给水泵耗功之差。 第十二章 1.对于压缩空气制冷循环,在制冷量一样的条件下,有回热时的增压比比无回热时的增压比小得多。 2.对于逆向卡诺循环,在一定的环境温度下,冷藏库中的温度愈低,制冷系数愈小。 3.压缩蒸汽制冷循环中,工质进、出压缩机时的焓分别为h1、h2,进入蒸发器时为h5,那么制冷系数ε=(h1-h5)/(h2-h1),制冷量q2=h1-h5。 4.用压缩蒸汽制冷循环供暖,工质进、出压缩机时的焓为h1、h2,工质流出冷凝器时的焓为h4,那么热泵系数ε'=(h2-h4)/(h2-h1),耗功W0=h2-h1。 5.制冷循环中,低温热源失热q2,外界对系统作循环功w0,高温热源得热q1,那么制冷循环的制冷系数ε=q2/(q1-q2)。 6.压缩蒸汽制冷循环中,提高制冷系数ε的方法是提高蒸发温度,降低冷凝温度。 7.压缩空气制冷循环的制冷系数随着循环增压比增大而减小。 二选择题 第一章 1、B;2、D 第二章 1、C;2、C 第三章 1、C;2、A;3、B;4、B;5、D;6、C;7、A;8、C。 第四章 1、D;2、C;3、C;4、B;5、D;6、B;7、A;8、D。 第五章 1、C;2、B;3、C;4、C;5、D;6、C;7、D;8、C;9、C;10、D 第七章 1、C;2、B;3、D 第八章 1、A;2、B;3、C;4、A;5、C;6、C;7、C;8、D;9、B;10、C;11、A;12、A;13、B;14、B;15、A;16、A;17、B;18、C;19、D;20、B;21、D;22、A;23、A;24、A;25、C。 第九章 1、A;2、B;3、B;4、B;5、D;6、B;7、A;8、D。 第十章 1、D;2、C;3、D;4、B;5、A;6、D;7、B; 第十一章 1、B;2、C;3、C 第十二章 1、B 三、问答题 第一章 1.平衡状态和稳定状态有什么区别? 平衡状态是指: 在不受外界影响的条件下,热力系统的状态能够始终保持不变;稳定状态是指: 不随时间而变化的状态。 第二章 1.焓的定义式h=u+pv中的pv是不是储存能? 为什么? 在什么情况下pv 项会出现在能量方程式中? PV不是储存能,因为推动功PV只有在工质移动布置时才起作用;PV项可出现于开口系统的能量方程式中; 3.为什么热力学能是状态参数? 1)热力学能是储存于物体部的能量;2)包括动能与T有关,位能与T,v有关,所以u=f(v,T);3)由于u仅与v,T两个状态参数有关,u是状态参数。 第三章 1.为什么理想气体的定压比热仅与温度有关? 因为Cp=dh/dT,h=u+pv=u+RT,u=f(T);所以,定压比热仅与温度有关。 2 第四章 1.为什么在T-S图上定压线比定容线平坦些? 因为 而且Cp>Cv; 2.当双原子理想气体经历一个n=1.3的膨胀过程时,其能量转换关系如何? q>0,W>0,Δu<0; 3.当闭系中的理想气体进展多变膨胀过程时,假设膨胀功多于吸热量,那么多变指数n的取值围如何? 为什么? 多变指数n的取值围为1 4.当双原子理想气体经历一个n=1.2的压缩过程,其能量转换关系如何? 功和热量之比等于多少? q<0,Δu>0,W<0,W/q=2。 5.假设理想气体多变压缩过程的功多于气体的放热,那么多变指数n的取值围如何? 为什么? 由W/q=(K-1)/(K-n),K>n>1。 6.理想气体膨胀时是否必须吸热? 被压缩时是否必须向外界放热? 为什么? 不一定,根据q=Δu+w说明; 7.空气进展多变比热Cn<0的放热过程时,能量转换关系如何? 由 知1 Δu>0,q<0,w<0 第五章 1.借助逆向循环可使热量从低温物体传到高温物体,这与热力学第二定律 的克劳修斯说法是否矛盾? 为什么? 不矛盾。 因为逆向循环之所以能把热量从低温物体传到高温物体,是因为逆向循环以消耗循环净功为代价。 2.理想气体由某一初态,分别经可逆绝热过程1-2和不可逆绝热过程1-2' 膨胀到同一终温,试问这两个过程的功有何关系? 为什么? 这两个过程的功相等,因为
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