水力学最全复习资料.docx
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水力学最全复习资料
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一、单项选择题（填写唯一正确答案的编号）
（本大题共10小题，每小题2分，共20分）
1.下列物理量中，有量纲的数为（C）
A．佛汝德数FrB.沿程阻力系数?
C．渗流系数km/dayD.堰流流量系数m
2.缓坡明渠中的均匀流是（A）
A．缓流B.急流C.临界流D.可以是急流或缓流
3.管流的负压区是指测压管水头线（C）
A．在基准面以下的部分B.在下游自由水面以下的部分
C．在管轴线以下的部分D.在基准面以上的部分
4.有两条梯形断面渠道1和2，已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同，但底坡i1>i2，
则其均匀流水深h1和h2的关系为（B）
A．h1>h2B.h1<h2C.h1=h2D.无法确定
5.对于并联长管道，每根管道的（C）相等。
A．流量B.切应力C.沿程水头损失D.水力坡度
6.平衡液体的等压面必为（D）
A．水平面B.斜平面C.旋转抛物面D.与质量力正交的面
7.理想液体恒定有势流动，当质量力只有重力时，（B）
A整个流场内各点的总水头（z?
p/?
?
u2/2g）相等
B只有位于同一流线上的点，总水头（z?
p/?
?
u2/2g）相等
C沿流线总水头（z?
p/?
?
u2/2g）沿程减小
D沿流线总水头（z?
p/?
?
u2/2g）沿程增加
8.有一溢流堰，堰顶厚度为2m，堰上水头为2m，则该堰流属于（c）
A．薄壁堰流B.宽顶堰流C.实用堰流D.明渠水流
9.同一管道中，当流速不变，温度上升时，则雷诺数（A）
A．增大B.减小C.不变D.不一定
10.一段直径不变管道的流速从2m/s增加到4m/s时，在水流都处于紊流粗糙区时，沿程水
损失是原来的（d）倍
A．1B.C.2D.4
二、填空题（在空格中填写正确答案）
（本大题共8小题，每空格2分，共16分）
1．有一明渠均匀流，通过流量Q?
55m3/s，底坡i?
0.0004，则其流量模数K2．水泵进口真空计的读数为pk?
24.5KN/m2，则该处的相对压强水头为3．矩形断面渠道，水深h=1m，单宽流量q?
1m3/s,则该水流的佛汝德数Fr
4．宽顶堰的总水头H0=2m,下游水位超过堰顶的高度hs=1.4m，此时堰流为出流。
5．渗流杜比公式表明，在渐变渗流中过水断面的流速分布为
6．已知谢才系数C?
100m1/2/s，则沿程阻力系数?
。
7．当液流为恒定流
8．直径为1m的管道中的水流，其水力半径为
三、计算题
（本大题分5小题，共54分）
1．（本小题10分）如图所示，一个封闭水箱，下面有一1/4园柱曲面AB，宽为1m（垂直于纸面方向），半径R=1m，h1?
2m，h2?
3m，计算曲面AB所受静水总压力的大小、方向和作用点。
2．（本小题10分）有一长度为L的有压管道，管径d=0.1m，作用水头H=3m，在L/2处装一测压管，已知测压管水面高于管轴1m，不计行进流速，求管道中通过的流量。
3．（本小题12分）如图示管路渐变段，已知管轴线与水平面夹角?
?
30o，渐变段长L=10m，渐变段中水体重量G=2KN，进水管直径d1?
0.2m，流速V1?
1m/s，形心点相对压强水头p1/?
?
50m水柱高，出水管直径d2?
0.1m，不计水头损失，试求固定段管路所受的作用力Rx和Ry。
水力学1答案：
一、单项选择题（20分）
1.C2.A3.C4.B5.C
6.D7.B8.C9.A10.D
二、填空题（16分）
1.2750m3/s
2.–2.5m
3.0.32m
4.自由出流
5.矩形/或均匀分布
6．0.00784
7.恒定流
8.0.25m
三、作图题
四、计算题
1．（10分）
画出水平方向压强分布图（1分）；画出垂直方向压力体图（1分）；水平方向静水总压力：
Px?
?
hcA?
9.8?
2.5?
1?
1?
24.5KN（?
）（2分）
垂直方向静水总压力：
Pz?
?
V?
9.8?
（3?
1?
1?
?
?
12/4）?
21.71KN（?
）（2分）总静水总压力：
P?
Px2?
Pz2?
24.52?
21.712?
32.73KN（1分）与水平方向的夹角：
?
?
tg?
1Pz21.71?
tg?
1?
41.5o（1分）Px24.5
距底部B点的垂直距离：
e?
Rsin?
?
1?
sin41.5o?
0.663m（2分）
2．（10分）
以管道轴线为基准面，列测压管断面和处口断面的能量方程：
得hf/2?
1m（4分）
列水箱和出口断面能量方程得，3?
2?
?
V2/2g?
V2/2g（?
?
0.5）所以V=4g/3?
3.615m（5分）
Q?
VA?
3.615?
0.1?
0.1?
?
/4?
0.0284m3/s?
28.4l/s（1分）
3．（12分）
V2?
（d1/d2）2V1?
4m/s，Q?
V1A1?
0.0314m3/s（1分）
以过1-1断面中心的水平面为基准面，写出1-1和2-2断面能量方程：
p1?
1V12p2?
2V22
z1?
?
?
z2?
?
取?
1?
?
2?
1（3分）?
2g?
2g
12p242o0?
50?
?
10?
sin30?
?
，19.6?
19.6
得p2/?
?
44.23m水柱，即p2?
9.8?
44.23?
433.5KN/m2（2分）
而p1?
9.8?
50?
490KN/m2，
取1-1和2-2断面间水体为脱离体，假设管壁对水体的作用力为Rx和Ry，（水流方向为x轴，与水流方向垂直为y轴）
x方向大的动量方程：
p1A1?
p2A2?
Gsin300?
Rx?
?
Q（?
2V2?
?
1V1）取?
1?
?
2?
1
Rx?
p1A1?
p2A2?
Gsin30o?
?
Q（V2?
V1）
?
490?
0.0314?
433.5?
0.00785?
2?
0.5?
1000?
0.0314（4?
1）/1000
?
15.93?
3.4?
1?
0.9?
10.9KN（3分）
y方向的动量方程：
Ry?
Gcos300?
0
Ry?
Gcos300?
2?
0.866?
1.73KN（2分）
水流对管壁的作用力与Rx和Ry大小相等，方向相反。
（1分）
《水力学》练习2及参考答案
一、单项选择题（每小题2分，共计10分）
1、紊流粗糙区的水头损失与流速成（b）
a、一次方关系；b、二次方关系；c、1.75～2.0次方关系；d、不能确定
2、已知液体流动的沿程水头损失系数λ与边壁粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于（c）
a、层流区；b、紊流光滑区；c、紊流过渡粗糙区；d、紊流粗糙区
3、有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=（b）
a、8b、4c、2d、1
4、已知突扩前后有压管道的直径之比d1/d2=1：
2，则突扩前后断面的雷诺数之比为
（a）
a、2b、1c、0.5d、0.25
5、层流断面流速分布规律符合（c）
a、对数分布；b直线分布；c、抛物线分布；d、椭圆分布。
二、填空题（每小题2分，共计8分）
1、恒定流时流线与迹线。
2、实际液体在流动时产生水头损失的内因是，
外因是边界条件的影响。
3、雷诺试验揭示了液体存在和来判别液流的流态。
4、在等直径长直管道中，液体的温度不变，当流量逐渐增大，管道内的雷诺数Re将逐渐增大。
三、判断题（每小题2分，共计16分）
1、根据连续性方程，流速与过流断面面积成正比。
（×）
2、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。
（×）
3、只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流（×）
4、均匀流与渐变流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流。
（×）
5、判别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数Re为2000。
（√）
6、层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。
（×）
lv2
7、根据达西公式hf=λ，层流沿程水头损失与流速平方成正比。
（×）4R2g
8、紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。
（×）
四、问答题（每小题5分，共计10分）
1、有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？
为什么？
答：
这种说法是错误的，均匀流不一定是恒定流。
因均匀流是相对于空间而言，即运动
要素沿流程不变，而恒定流是相对于时间而言，即运动要素不随时间而变。
两者判别标
准不同。
2、根据尼古拉兹实验，简单叙述沿程水头损失系数λ在不同流态的变化规律。
答：
通过尼古拉兹实验可以发现：
在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反
比；在层流到紊流过渡区，λ仅是Re的函数；在紊流光滑区λ=f1（Re）；过
渡区λ=f2（Re，△/d）；粗糙区λ=f3（△/d），紊流粗糙区又称为阻力平方区。
五、计算题（共5题，计56分）
1、管道直径d=10mm，通过流量Q=20cm3/s，运动粘度ν=0.0101cm2/s。
问管中
水流流态属层流还是紊流？
若将直径改为d=30mm，水温、流量不变，问管中水流属何种
流态？
（8分）
解：
（1）∵运动粘度ν=0.0101cm2/s，而管道截面积A=πd/4，v=Q/A，2
则管道流动的雷诺数：
vd4Q4×20×10-6
Re====2523?
2000（Rek）νπdν3.14×10×10-3×0.0101×10-4
∴管道水流为紊流。
（2）∵管道流动的雷诺数Re=vd4Q=，故可知水温、流量不变，管径扩大3νπdν
4Q11=Re=×2523=841?
2000（Re倍后的雷诺数Re=k）π（3d）ν33
∴将直径改为d=30mm，水温、流量不变，管中水流是层流。
2、图示水箱一侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。
若管嘴出口
至水箱水面的高度h=5m，管嘴局部水头损失系数δ=0.2，取动能校正系数α=1。
求管嘴的
出流速度v及此射流达到的高度z。
（12分）
解：
（1）以管嘴出口为基准面，对水面1和管嘴出口21
3
2列能量方程，得：
αν2ν2
h+0+0=0+0++ξ2g2g
由h=5m，δ=0.2，α=1得
ν2ν2
h=+0.22g2g
ν2ν2
+0.2=52×9.82×9.8
ν=9.04m/s
（2）以管嘴出口为基准面，管嘴出口2和水面3列能量方程，得：
αν2
0+0+=z+0+02g
由ν=9.04m/s，α=1得
ν29.042
z===4.17m2g2×9.8
3、已知如图所示的文丘里管流量计，管的直径d1=5cm，d2=2cm，1断面与喉管断面的测压管水头差为Δh=5cm，如果文丘里管流量计流量修正系数μ=0.98，求管路中通过流量Q为多少？
（不计水头损失）（12分）
解：
计算文丘里管常数：
πd12k=42g3.14×0.052=4（d1/d2）4—12×9.8=0.0014m2.5/s4（0.05/0.02）—1
管路中通过的流量：
Q=μk=0.98×0.00140.05=0.0003m3/s
4、某水平管路的直径d1=7.5cm，管内流速v1=0.70m/s，
管路末端接一渐缩喷嘴通入大气（如图）。
喷嘴出口直
径d2=2.0cm，用压力表测得管路与喷嘴接头处压强p=49kN/m2，求水流对喷嘴的水平作用力F（取动量校正系数为1）（12分）
解：
取管路1-1断面和管嘴2-2断面为计算断面，
根据连续方程得：
112Q=v1
A1=v1πd1=0.7×3.14×0.0752=0.0031m3/s44x
v2=（d1/d2）2×v1=（0.075/0.02）2×0.7=2.625m/s
对喷嘴建立x方向的动量方程，β=1得：
pA1–F′=βρQ（v2x–v1x）
F′=pA1–βρQ（v2–v1）=49×（1/4）×3.14×0.0752-1×1×0.0031×（2.625-0.7）=0.21KN
水流对喷嘴的水平作用力F与F′大小相等，方向相反。
5、有一浆砌块石的矩形断面渠道，宽b=6m，当Q=14.0m3/s时，渠中均匀水深h=2m，糙率n=0.025，试求500m长渠道中的沿程水头损失。
（12分）
解：
计算渠道断面水力要素：
过流断面面积A=bh=6×2=12m2
湿周χ=b+2h=6+2×2=10mA12==1.2m水力半径R=x10
Q14v===1.17m/sA12
根据舍齐公式，沿程水头损失：
n2v20.0252×1.172
hf=4/3l=×500=0.335mR1.24/3
四、综合复习题
1、选择题：
（1）在水力学中，单位质量力是指（）答案：
c
a、单位面积液体受到的质量力；b、单位体积液体受到的质量力；
c、单位质量液体受到的质量力；d、单位重量液体受到的质量力。
（2）在平衡液体中，质量力与等压面（）答案：
d
a、重合；b、平行c、斜交；d、正交。
（3）水力学中的一维流动是指（）答案：
d
a、恒定流动；b、均匀流动；
c、层流运动；d、运动要素只与一个坐标有关的流动。
（4）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=（）答案：
b
a、8；b、4；c、2；d、1。
（5）同种液体通过两根相同长度，但粗糙高度不同的等直径长直管道，当雷诺数Re相同时，它们的水头损失在（）内是相同的。
答案：
a、b、c
a、层流；b、层流至紊流过渡区；c、紊流光滑区；
d、紊流过渡区；e、紊流粗糙区
（6）在缓坡明渠中不可能发生的流动是（）答案：
a、c、d
a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。
2、判断题：
（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。
（）
答案：
错误
（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。
（）
答案：
错误
（3）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。
（）
答案：
错误
（4）矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。
（）
答案：
正确
（5）明槽水流的断面比能沿流程总是减小的。
（）
答案：
错误
3、问答题：
（1）什么是理想液体？
为什么要引入理想液体的概念？
答案：
理想液体是指没有粘滞性的液体。
实际液体都具有粘滞性，在液体流动中引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。
为了简化液体运动的讨论，引入了理想液体的概念，分析其运动规律，再考虑粘滞性加以修正，可以得到实际水流运动规律，这是水力学中重要的研究方法。
（2）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。
答案：
通过尼古拉兹实验发现：
在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比；在层流到紊流过渡区，λ仅是Re的函数；在紊流光滑区λ=f1（Re），过渡区λ=f2（，），粗糙区λf3（），紊流粗糙区又称阻力平方区。
R?
R?
（3）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。
答案：
均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能克服水流阻力。
所以均匀流只能产生在正坡渠道中。
（4）在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？
答案：
达西定律适用于任一点的渗流流速u=kJ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流，同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于v=kJ。
4、作图题：
定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称及流态。
（各渠段均充分长，各段糙率相同）。
解：
5、计算题：
1．图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积A=0.64m2，长l=50m，两个30。
折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为δ1=0.2，δ2=0.5，δ3=1.0，沿程水头损失系数λ=0.024，上下游水位差H=3m。
求通过的流量Q。
lv2
?
?
?
解：
H?
hw?
（?
4R2g
R?
A?
0.2m,?
?
?
1.9x
v?
?
4.16m/s,qv?
vA?
2.662m3/s
2．从水箱接一橡胶管道及喷嘴（如图）。
橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm。
水头H=5.5M。
由水箱至喷嘴的水头损失hw=0.5m。
用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9N?
cm2。
如用手握住喷嘴，需要多大的水平力R，行近流速v0=0，取动能校正系数均为1。
解：
列水箱渐变流断面1?
1和喷嘴出口断面2?
2能量方程
vH?
0?
0?
0?
0?
2?
0.52g
2v2?
2g?
5?
9.9
v2A2?
0.704A3v3?
列X向动量方程
p3A3?
R?
?
?
Q（v2x?
v1x）
R?
p3A3?
?
A3v3（v2?
v3）?
187.79N
水流对喷嘴冲击力R?
?
?
R即为手握喷嘴所需之力。
）
3．有一梯形渠道，底宽b=10m，水深h=3m，边坡为1:
1，糙率n=0.014，底坡i=0.001。
如流动在紊流粗糙区，求流量Q。
解：
A?
bh?
mh2?
39m2
x?
b?
2?
m2h?
18.5m
A?
2.11x
1C?
R?
81.0m/s
nR?
Q=A.C.（RJ）0.5=145.1m3/s
v
?
CRi
练习3
1.恒定总流能量方程：
z1+p1/ρg+α1v12/2ρg=z2+p2/ρg+α2v22/2ρg+hw
各项的物理含义：
z1、z2为1、2过流断面上选定点相对于选定基准面的高程。
p1、p2为1、2过流断面上的相对压强或绝对压强
v1、v2为1、2过流断面上的平均流速
α1、α2为1、2过流断面上的动能修正系数
hw为1、2两断面间的单位重量流体的能量损失。
2.沿程损失和局部损失
沿程损失是由于流体流动过程中，沿程存在着剪切阻力。
克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失。
局部损失是在边壁尺寸急剧变化的流动区域，由于尾流区、旋涡区的出现，使局部流动区出现较集中的局部阻力，克服这种局部阻力引起的能量损失称为局部损失。
五、作图题（共10分）
（3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为答案：
b
a、1kN/m2b、2kN/m2c、5kN/m2d、10kN/m2
（4）水力学中的一维流动是指（）答案：
d
a、恒定流动；b、均匀流动；
c、层流运动；d、运动要素只与一个坐标有关的流动。
（5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=（）答案：
ba、8；b、4；c、2；d、1。
（6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数?
与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于答案：
c
a、层流区；b、紊流光滑区；c、紊流过渡粗糙区；d、紊流粗糙区
（7）在明渠中不可以发生的流动是（）答案：
c
a、恒定均匀流；b、恒定非均匀流；
c、非恒定均匀流；d、非恒定非均匀流。
（8）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。
答案：
b
a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。
（9）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q=1.5m3/s，已知渠中某处水深h=0.4m，则该处水流的流态为答案：
b
a、缓流；b、急流；c、临界流；
（10）测量水槽中某点水流流速的仪器有
a、文丘里计b、毕托管c、测压管d、薄壁堰
答案：
b
2、判断题：
（每小题2分）
（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。
（）答案：
错误
（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。
（）答案：
错误
（3）水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。
（）答案：
错误
（4）粘滞性是液体产生水头损失的内因
（）答案：
正确
（5）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流
（）答案：
错误
（6）矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2
（）答案：
正确
（7）断面比能沿流程总是减小的
（）答案：
错误
3、填空题：
（每小题2～4分）。
。
。
。
（1）牛顿内摩擦定律适用的条件是和。
答案：
层流运动，牛顿液体
（2）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
kN/m2，真空度为。
答案：
2，不存
在.只受重力作用，静止液体中的等压面是?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
。
答案：
水平面。
（3）实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是?
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答案：
液体存在粘滞性和边界的影响。
（4）水流在明渠中的流态为缓流时，其水深h?
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hk，弗汝德数Fr?
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1。
（填写?
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、?
符号）答案：
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，?
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（5）在流量不变的条件下，水跃的跃前水深越小，则水跃的跃后水深越?
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。
答案：
大。
（6）根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为?
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和?
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答案：
短管，长管。
（7）a2型水面曲线是发生在?
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坡上的?
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流（指急流或缓流）的
水面线，这时弗汝德数Fr沿程?
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（指增大、减小或不变）
答案：
陡坡，缓流，减小。
（1）什么是理想液体？
为什么要引入理想液体的概念？
答案：
理想液体是指没有粘滞性的液体。
实际液体都具有粘滞性，在液体流动时会引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。
为了简化液体运动的讨论，我们引入了理想液体的概念，忽略液体的粘滞性，分析其运动规律，然后再考虑粘滞性影响进行修正，可以得到实际水流的运动规律，用以解决实际工程问题。
这是水力学重要的研究方法。
（2）“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？
为什么？
答案：
这种说法错误的。
均匀是相对于空间分布而言，恒定是相对于时间而言。
当流量不变通过一变直径管道时，虽然是恒定流，但它不是均匀流。
（3）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。
答案：
通过尼古拉兹实验可以发现：
在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与
?
Re成反比；在层流到紊流过渡区，λ仅是Re的函数；在紊流光滑区λ=f（1Re过渡区λ=f2Re，）；粗糙区λ=f3（），紊流粗糙区又称为阻力平方区。
R?
R
（4）为什么舍齐公式Ri只适用于阻力平方区？
v
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C
答案：
舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式，自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区，因此该公式只适用于紊流阻力平方区。
（5）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。
答案：
均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能来克服水流阻力。
所以均匀流只能产生在正坡渠道中
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