空调系统CAE分析

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更新时间：2014-2-26

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资讯： 空调系统技术发展趋势 1.汽车空调市场进入发展新阶段 随着我国经济的稳步增长，人们的生活水平和消费水平也有相应的提高，有车 一族的数量也越来越多，因而对汽车乘驾舒适性的要求有了更高的标准，汽 车空调行业也应运而生。 在全球汽车电子产业规模持续增长，应用比例不断提高的大环境下，随着中国 汽车保有量和销售量的提高，以及消费者对汽车驾乘舒适性的追求，使得中 国汽车空调的市场规模进一步扩大。报载2005年我国市场销售汽车空调339万 套，同比增长32.94%, 销售额达到了26亿元人民币，同比增长30%。彩钢百 叶窗从销售量增长情况来看，2005年中国汽车空调市场的增长高于整年市场 15%左右的增长速度， 但是我们也应该看到，在市场需求快速增长的背后， 中国汽车空调市场正在进入新的发展阶段，市场竞争进一步深化，表现出一 系列新的特点。 用户观念正在改变。如今，随着中国经济的持续稳步增长，居民收入都得到了 一定的增加，生活水平和消费能力也相应提高，消费观念也在逐步改变，更 多的人开始追求生活的舒适化。这反映到汽车消费中，就体现在追求汽车的 内饰，安装多媒体影音系统和汽车空调，以及要求人性化的设计等方而。比 如，现在载货车空调的安装率就大幅提高，以前用户认为载货车就是挣钱的， 安装空调没有必要，而如今越来越多的用户认为虽然载货是挣钱的，但是挣 钱也不能挣的太辛苦，也开始选装汽车空调和高级音响等没备了。可以预见， 随着最终用户消费观念的进一步改变，必将促进汽车空调产品的市场销售。

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产品需求日趋个性化。汽车空调的直接用户是整车厂商，最终用户是消费者， 因此，市场对汽车空调产品的需求受到整车厂商和最终消费者的影响。从整 车厂商的角度来看，不同类型的整车对汽车空调的要求是不一样的，比如载 货车空调和轿车空调就不一样，并且每一款车可能都需要有特殊物理没计的 汽车空调，由此可以看出整车厂家对汽车空调的需求是极度个性化的，相应 地，汽车空调厂家要根据整车厂的要求开发定制化的个性汽车空调产品。从 最终用户的角度来看，虽然消费者可能对汽车空调的物理或者技术特征不很 了解，但消费者会通过汽车空调的品牌和使用效果来做出评价。另外，随着 我国汽车市场竞争的进一步加剧，特别是轿车市场，新产品推出的速度越来 越快，而每一款新车的推出就会要求有新的汽车空调与之配套，也就是说汽 车空调产品的生命周期越来越短，需求进一步的个性化发展。 技术发展环保节

能化。在国际环保主义潮流的影响下，汽车空调的环保问题也 引起了汽车相关群体的关注，汽车空调技术也正在朝环保化方问发展。汽车 空调系统具有制冷、取暖、除霜、除雾、空气过滤和湿度控制等功能。虽然 目前轿车的燃油余热足够提供轿车内的采暖和除霜的需要，但高效汽油和柴 油发动机燃烧效率更高，燃油余热会进一步减少;而电动车和混合动力车则不 得不牺牲驱动性能来提供采暖和制冷，因此必须通过提高汽车空调系统的效 率来减轻汽车的动力负担。对于新一代环保型汽车，如电动、混合动力、燃 料电池和其它的低排放车辆，由于本身动力远小于传统动力车辆，能够提供 给空调系统的动力极为有限。鉴于此，提供节能高效、性能可靠的空调系统 对占领市场至关重要，这也必将是未来一段时间内中国汽车空调技术的发展 方向。

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作为一种专用的空调设备，汽车空调与家用空调相比具有自己的特点，那就是 其销售量与整车的产销量紧密联系，脱离了整车制造产业，汽车空调也就没 有存在的价值。中国汽车市场在21世纪初获得了两年井喷式的高速增长，近 年来开始中国汽车市场增速放缓，进入平稳增长阶段。作为整车配套产品， 汽车空调市场与整车市场有相同的变化方问，因此汽车空调的增长速度也随 着整车增长速度的放缓而放缓。我国汽车市场已经进入了稳步增长阶段，在 未来五年内将保持15%左右的增长速度;相应地，中国汽车空调市场的增长也 必将保持一个稳定的增长幅度。 2.汽车空调系统已成为汽车市场竞争的主要手段之一 近年来,环保和能源问题成为世界关注的焦点,也成为影响汽车业发展的关键因素, 各种替代能源动力车的出现,为汽车空调业提出了新的课题与挑战。国际汽车 市场竞争日趋激烈,为获得市场,生产出价廉、安全、舒适和低排放的汽车是各 大汽车生产商的努力目标,汽车制造商不断地根据用户的要求更新汽车设计,并 期望通过利用新技术来提供更好的性能,而是否需要增加成本则主要取决于获 得的利益(如环保)是否足以补偿。汽车空调系统作为影响汽车舒适性的主要 总成之一,为汽车提供制冷、取暖、除霜、除雾、空气过滤和湿度控制功能。 其中,采暖系统可使乘员避免过量着装、为车窗提供除雾和除霜功能,提供舒适 性和安全服务;冷气系统则通过制冷、除湿来提供舒适性,通过使司机保持警醒 、允许关窗等措施提供了安全服务;采暖和冷气系统还可提供除尘、除臭的功 能。这些功能已成为车辆必不可少的要求。虽然目前轿车的燃油余热足够提 供轿车内的采暖和除霜的需要,但近期研制的高效汽油、柴

油发动机的余热会 进一步减少,电动车和混合动力车则不得不牺牲驱动性能来提供采暖和制冷,因 此必须通过提高汽车空调系统的效率来减轻汽车的动力负担。

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对于新一代的环保型汽车,如电动、混合动力、燃料电池和其它的低排放车 辆,由于本身动力远小于传统动力车辆,能够提给空调系统的动力极为有限 。拥有一套节能高效、性能可靠的空调系统对开拓市场至关重要。3.汽车空调系统中的新技术 外部调节的变排量压缩机。目前，在德国大众汽车公司使用的外部调节的变排量压 缩机主要有电装公司的7SEU16、7SBU16和6SEU12。其工作原理与内部调节的变 排量压缩机相似，不同之处在于控制阀具有一电磁单元，操纵和显示单元从蒸发 器出风温度传感器获得信号作为输入信息，从而对压缩机的功率进行无级调节。 控制阀由机械元件和电磁单元组成。机械元件按着低压侧的压力关系借助于一位 于控制阀低压区的压力敏感元件来影响调节。电磁单元由操纵和显示单元E87通 过500Hz的通断频率进行控制。在无电流的状态下，阀门开启，高压腔和压缩机 曲轴箱相通，高压腔的压力和曲轴箱的压力达到平衡。全负荷时，阀门关闭，曲 轴箱和高压腔之间的通道被隔断，曲轴箱的压力下降，斜盘的倾斜角度加大直至 达到100%的排量；关掉空调或所需的制冷量较低时，阀门开启，曲轴箱和高压腔 之间的通道被打开，斜盘的倾斜角度减小直至低于2%的排量。当系统的低压较高 时，真空膜盒被压缩，阀门挺杆被松开，继续向下移动，使得高压腔和曲轴箱进 一步被隔离，从而使压缩机达到100%的排量；当系统的吸气压力特别低时，压力 元件被释放，使挺杆的调节行程受到限制，这就意味着高压腔和曲轴箱不再能完 全被隔断，从而使压缩机的排量变小。

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新结构皮带轮。外部调节变排量压缩机采用了新结构皮带轮。皮带盘由皮带 轮和随动轮组成，通过一橡胶元件将皮带轮和随动轮有力地连接起来。 当压缩机因损坏而卡死时，随动轮和皮带轮之间的橡胶元件的传递力急 剧增大，皮带轮在旋转方向将橡胶元件挤压到卡死的随动轮上，橡胶元 件产生变形，对随动轮产生的压力增大，随动轮随之产生变形直至随动 轮和皮带轮之间脱离连接，从而避免了皮带传动的损坏。 随动轮的变形量取决于橡胶元件温度的高低，橡胶元件的弹性取决于结构件 的温度。由于橡胶元件和随动轮的形变，避免了发动机皮带传动的损坏， 同时防止了诸如水泵和发电机的损坏，起到了过载保护的作用。 外部调节的变排量压缩机的优点：压缩机一直运转，无接合冲击，提高 了舒适性；通过调

节蒸发器的温度使制冷量和热负荷及能量消耗完美匹 配，减少了再加热过程，使出风口的温度、湿度恒定调节；由于排量可 以降低到近0%,省去离合器可使质量减轻20%(约500~800g);压缩机的 功率消耗下降，燃油消耗下降；新结构的皮带轮用于皮带传动和空调压 缩机之间的力传递，消除了扭矩波动并同时起到过载保护的作用。

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冷凝器组件。冷凝器组件的特点是储液干燥器作为整体焊接在冷凝器的一侧， 从而取消了现今的连接管和两个螺栓，而用集流管和与集流管平行布臵的储 液干燥器之间的开口代替。为减少安装空间，储液干燥器相对于冷凝器表面 非对称布臵。模拟计算和台架试验表明，当冷凝器部分传热面用于制冷剂的 过冷，制冷装臵的制冷功率将提高，在过冷度为15K时达到最大值，和无过 冷相比可提高4%。制冷功率最大值几乎和装臵的工作状态无关。 现今的方法是对制冷装臵进行一定量的过量充注而得到过冷，从而使制冷功率 得到改善，通过制冷剂向冷凝器的倒流使一部分传热面用于过冷。这种方法 的缺点在于，过冷度在不同的行驶状态下将有很大的变化；在制冷剂有较小 损失的情况下，过冷度很快就没了。除了由此产生的功率损失外，液体管中 饱和状态的液态制冷剂在接收到较少的热量或有较少的压力损失时马上沸腾， 产生的蒸气使得膨胀阀达到其调节范围的极限，这导致蒸发器出口处制冷剂 的过热度提高,从而使蒸发器传热面积的利用率下降。在压缩机频繁通断的工 作过程中，由于压力变化的叠加作用加强了沸腾过程，液体管中的蒸气量大 得可以在膨胀阀处产生严重的超高的脉冲噪声。冷凝器组件避免了上述缺点， 储液干燥器下部的液态制冷剂通过开口进入冷凝器的过冷段以得到进一步的 冷却。通过选择过冷器的面积可以从结构上确定一个需要的过冷度的值。冷 凝器组件的优点如下：降低了汽车生产厂在生产、物流和安装方面的费用； 降低了维修工作量；降低了系统所需的制冷剂的量，从而进一步改善了空调 装臵的环保性。最终用户将得益于在较大的充注量范围内而长时间能保持的 优化的功率和舒适性。

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4.减少直接或间接排放的手段 汽车动力的更新和新技术的应用,对汽车空调系统提出了新的挑战,也给许多 新技术的应用创造了机会。“蒙特利尔议定书”规定,原来在汽车空调系统使 用的工质CFC12,在发达国家的使用已经在1996年停止,在发展中国家则在2006 年停止。由于各方面的努力， CFC12已逐渐被HFC134a所取代,我国从2001年1月1日起已禁止在新生产的车辆中 使用CFC12为工质的汽车空调。HFC134a具有ODP(大气臭氧层

破坏指数)为零、 GWP(温室效应指数)为CFC12的六分之一、不可燃、低毒性、制冷量和系统 性能与CFC12相当等优点,因而作为过渡性"的替代工质在世界范围内得到认可, 但由于它的温室效应指数仍然较高(为CO2的1300倍),已列入京都协议,规定限 制发展的工质范畴。 温室气体的直接和间接排放量依赖于空调系统及其零部件的设计水平和产品 质量,同时跟车辆运行环境的温度和湿度有关。对一定的制冷剂,直接排放率主 要受系统工作压力影响,而环境温度和压缩机输入功率又决定了制冷系统的工 作压力。间接排放主要由生产系统所需的能量、保证一定舒适性所必须提供 的冷量及制冷系统的效率决定。在某些环境下,燃料消耗引起的间接排放远远 大于制冷剂泄漏引起的直接排放量,尤其是在报废之前使用制冷剂回收装臵。 而在某些气候条件下因为很少使用空调,直接排放则是LCCP的主要部分。

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减少直接排放的措施:在维修和车辆报废时使用制冷剂回收和再利用设备;改 进零部件质量减少泄漏,降低软管汇漏率并尽可能减少软管长度,改进管路 接头,在可能的情况用“全封闭”的结构代替开启式压缩机的轴封；减少 制冷剂充注量；改用低GWP值且蒸汽压力适当、渗透率较小的制冷剂。 减少燃料消耗引起的间接排放: 一是通过增加车厢隔热层厚度、改善车厢密封性、减少玻璃传热(如采用 光线选择性玻璃、隔热膜)等措施减少车厢热负荷。二是进行压缩机容量 调节,减少过度制冷后再加热而引起的能量损耗。如日本电装开发的电控 变排量压缩机用电磁阀代替原有变排量压缩机的气动阀,使压缩机输气量 可在0~100%范围连续调节,这种结构不仅节能,而且不必安装离合器,因而 减轻了压缩机的质量,并大大提高了系统可靠性。三是通过控制、减少摩 擦、蓄热、改善传热等措施来提高系统零部件的能源利用效率。换热器 将传统的冷凝器、贮液器、干燥过滤器和过冷器合成一体,可确保节流阀 前的过冷度而提高效率,且因减小了贮液器的内容积而可减少制冷剂充注 量；四是使用高效率零部件以减轻质量；五是采用新的系统或新的制冷 剂来达到更佳的LCCP值,并提供令人满意的加热、冷却、除霜、除湿、除 雾和湿度控制性能。如一般车辆在冬季将外部空气经加热器引入车室内 除雾(新风模式)时,同样量的热风被排出车外,因此造成采暖负荷的70%的热 量损失了。

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5.未来新型动力车可能使用的空调系统 汽车动力系统的环保设计对市场的影响要远远大于汽车空调系统效率对客户 的影响,然而对于能源利用效率最高的电动、混合动力、燃料电池及低排 放汽车,它们是否能被用户接受却往往

依赖于是否拥有效率更高的采暖和 空调系统。例如,单用电力制冷和采暖可使电动车和燃料电池车的可行驶 里程减少50%以上,以至连典型城市交通都难于适应。对于日益开拓的家 用轿车市场,微型车用于空调的能量少于普通车辆,但这部分能量在小功率 发动机的输出功中占的比例却不小。

由于国际社会的共同努力,在全世界范围内实现CFC12到HFC134a替代的速度 和花费比各公司单兵作战要小得多。如果新的技术能够在全球范围内被 接受,则可能有同样的好处,但是不可避免的是,有些新的设计只在某些气候 条件下或某些特殊市场规则下才有优势。因此在全球范围内可能存在多 种技术选择。目前带空调的汽车一般在湿度控制功能,空气通过冷却除湿 后再被加热到一定的温度,以控制车窗除雾并保证乘客舒适性。这一点在 新的系统设计中可能会遇到挑战,例如在电动汽车中使用热泵型空调供暖, 能够提高能源利用率,但要同时实现湿度和温度的控制却很困难。

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未来新型空调系统的开发必须与汽车开发同步,以适应新的变化:如发动机效率 提高(余热量减少)、电气化、混合驱动动力及其它新型零部件使用后导致空 调系统特性的变化。一是汽车电气化日益加强新型的电子元件如加热座椅、 娱乐系统、电子导航等在汽车上的应用日渐广泛,为了适应这些技术,汽车生 产商正在拟转向42V系统。采用高电压系统后有可能去除皮带驱动的系统,如 发电机、空调压缩机、水泵及动力转向泵等。这使在汽车空调系统中应用全 封闭压缩机成为可能,并且只要发动机舱内靠近仪表盘的部分在足够的空间, 就有可能用金属管代替软管,从而大大降低制冷剂泄漏；二是电动车及一些 混合动力车需要负荷调度电动车和一些混合驱动车为了达到高效和减少温室 气体排放的目的,以尽量少使用燃料来满足动力要求。例如,一些混合驱动车 在发动机模式时利用多余动力对电池充电,当电池充电完成时则切向电动模 式。相应地空调系统的设计面临新的挑战:因为无论发动机模式和电动模式 时都需要空调(或采暖)。三是新的零部件技术可减少空调或采暖负荷增强车 身隔热、改进门封结构、玻璃镀层和其它新技术的应用都可减少车室热负荷, 从而减少用于空调或采暖的能耗而减少温室气体排放。目前,全球各大汽车 生产厂和零部件供应商都在开发超临界的二氧化碳汽车空调系统及相应的零 部件。超临界二氧化碳系统与HFC134a相比有潜在的能源效率优势,且工质的 GWP值在所有工质中最低。二氧化碳工质与HFC134a相比,其压缩热很大,因 而在热泵空调系统使用中很有吸引力。有必要开发安全装臵,在检测并将

漏 至车厢内的二氧化碳气体排出。由于系统工作压力比HFC134a系统高出6倍, 因此需要新的维修设备和专业培训。估计正式使用时间4~7年以后。

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在flowmaster中进行空调系统仿真，运行中出现报警信息：Additional controller required for Var. Orifice Valve no.*****,该怎么办？ 缺少控制器设臵“质量流量”和“数值”、 汽车行驶中，如何正确使用车载空调？ 答：1)冷车着车伊始，不要急于开空调，等发动机稍运转一段时间，再开空 条调。 2)若长时间使用空调内循环系统，应每隔半小时将车窗摇下一会儿，或转用 空调的外循环，以使车内的空气保持新鲜 3)空调使用年限长易发出难闻的气味，传播细菌。所以每年要做一次清理。 4)行车时，不要将空调长时间臵于最低挡位，以防止因蒸发器结霜而影响空 调的制冷效果。 5)在上长坡或大负荷低速行使时，发动机很容易出现过热现象，此时应调低 空调挡位或暂时关闭空调，以减轻发动机负荷，防止水箱开锅。 6)停车时，不能长时间开着空调再车内休息，防止一氧化碳中毒。如果一定 要开空调，要选一个宽敞、通风的地方停车，并将车窗摇下2~3厘米，使车 内外空气可以流通。 7)夏天露天停放的车辆车内温度可达50~60度，这是不要急于开空调，应把四 门玻璃摇下，使出几百米后，车辆热气散出，再开空调效果更好。

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不关车载空调直接熄火可以吗? 由于空调系统的开启与关闭，皆由空调离合器所控制，因此，若未将空调关 闭就直接熄火或发动，其实对空调压缩机并无大碍。不过，鼓风机却是由点 火开关(钥匙门)直接控制，若车辆的电路系统不良，在车辆起动时，最好 还是将空调鼓风机关闭。 用6sigmaRack仿真空调建模时，应该设臵进风口温度还是设臵回风温度比较合 理呢？ 机房用的精密空调运行时，是那种控制方式，是控制进风口温度还是回风口温 度？空调建模时，应该设臵进风口温度还是设臵回风温度比较合理呢？ 用6sigmaRack仿真时，空调模型中的flow side设臵为return和Supply好像对散热系 统没什么影响。 一般空调设计是按送风温度设计啊，然后根据房间的发热量计算回风温度。在 台湾的用户大部分是用回风温度来进行控制的

Icepak建立的机柜中怎么建空调？ 首先我建立了一个大机柜

,机柜中有几个主设备和电池组等发热体，然后要在 机柜的左侧建立一个1000W的空调，可是我之前一直用风扇进行机柜的散热 仿真，对于空调的使用真的不知所措 空调就是一个负热源而已，你用热源设臵为负功率，再加一个风扇即可； 另一个办法是，用一个hollow,两边两个openning,一个是回风口，一个出风口， 出风口的流量和温度，根据你空调的流量和温度指定即可。

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在Fluent中模拟大空间分层空调的气流组织，当有多个进口和多个出口时，如 何设臵边界条件？ 图1 fluent中可以设臵多个进口与出口 inlet1,inlet2 等 空调压缩机出现异响的故障原因是什么？ ①压缩机电磁离合器是出现异响的常见部位。压缩机经常在高负荷下从低速到 高速变速运转，所以对电磁离合器的要求很高，而且电磁离合器的安装位臵 一般离地面较近，经常会接触到雨水和泥土，当电磁离合器内的轴承损坏时 就会产生异响。②压缩机工作时需要可靠的润滑。当压缩机缺少润滑油，或 者润滑油使用不当时，压缩机内部就会产生严重异响，甚至造成压缩机的磨 损报废。③电磁离合器的反复吸合也会造成压缩机出现异响。例如发电机的 发电量不足，空调系统压力过高，或者发动机负荷过大，这些都会造成电磁 离合器的反复吸合。④电磁离合器与压缩机安装面之间应该有一定的间隙， 如果间隙过大，那么冲击也会增大，如果间隙过小，电磁离合器工作时就会 与压缩机安装面之间产生运动干涉，这也是产生异响的一个常见原因。 空调压缩机起什么作用？ 压缩机是空调器制冷系统的动力核心，它可将吸入的低温、低压制冷剂蒸气通 过压缩提高温度和压力，让里面的冷媒动起来，并通过热功转换达到制冷的 目的。 简单：就是循环系统的心脏。

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空调压缩机保护问题 空调压缩保护三种形式：过热保护、过冷保护、过流保护 为什么空调压缩机启动后马上自停？ 这种现象可能性有以下几个：电源接触不良、压缩机启动器坏、压缩机保护器 不良、压缩机坏。 如果是压缩机坏，可能性是：压缩机过流保护，一般是 压缩的阻值变掉或是烧毁，导致启动时电流过大而保护。 一般民用建筑的空调余湿量如何确定？餐厅饭菜散湿量如何确定？ 一般民用建筑的空调余湿量为人体散湿，成年男子在室内温度为25度时散湿量 为61g/h(静坐状态);餐厅饭菜散湿按照人均11.5g/h计算(一般指中餐厅)。 为何冬季用散热器采暖不考虑新风，也不考虑除湿而空调则需考虑？ 无它，只是因为经济问题，散热器要是加上新风、加湿(不是除湿)系统效果 更加理想。现在就有散热器系统加全热交换器

新风机(内含自动加湿器)的 设计，使用效果好极 样本上给出盘管加热能力时，入口工况为15C或者17C,而工程所在地区的冬季 空调室外计算温度为-11C,如何修正？ 你查的是一次回风工况，试试查一下新风工况。还不行？根据盘管的负荷计算 公式计算一下啦！

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何谓空调水系统的冲洗阀？ 空调水系统安装完成后需要冲洗管道系统内的泥沙、铁屑等杂物，打开此冲洗 阀门，可以使污物不经过冷水机组、过滤器等设备，以免损坏。当然了，系 统以后清洗的时候也很方便

空调系统在设计中常出现的问题 多数制冷机实际开机容量远小于装机容量。船舶设计建造的时候，空调系统是由哪个部门来设计的？船厂方面设计的还是 外包给外面的空调设计部门设计的？ 空调作为船舶设备,是空调厂家制造并设计的. 你所说的设计,应该是空调外部送风管路的设计,这项一般由船舶设计所完成.但 也有比较有实力的船用空调厂家可以对全船空调管系做设计,但是最后报船 检必定都是设计公司统一出具图纸提交认可.外部送风管设计不算太难,所以 算不上外包的.

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