化工原理第三版上下册课后思考题答案.docx
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化工原理第三版上下册课后思考题答案
第一章流体流动
1、什么是连续性假定?
质点的含义是什么?
有什么条件?
连续性假设：
假定流体是由大量质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程却要大得多。
2、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?
拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。
3、粘性的物理本质是什么?
为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降?
粘性的物理本质是分子间的引力和分子的运动与碰撞。
通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主，温度上升，热运动加剧，粘度上升。
液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
4、静压强有什么特性?
①静止流体中，任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于某一点不同方向上的静压强在数值上是相等的；
3压强各向传递。
7、为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?
由静力学方程可以导出pH（冷-热）g，所以H增加，压差增加，拔风量大。
8、什么叫均匀分布?
什么叫均匀流段?
均匀分布指速度分布大小均匀；均匀流段指速度方向平行、无迁移加速度。
9、伯努利方程的应用条件有哪些?
重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。
12、层流与湍流的本质区别是什么?
区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
13、雷诺数的物理意义是什么?
物理意义是它表征了流动流体惯性力与粘性力之比。
14、何谓泊谡叶方程?
其应用条件有哪些?
322lu应用条件：
不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。
d2
15、何谓水力光滑管?
何谓完全湍流粗糙管?
当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。
在Re很大，λ与Re无关的区域，称为完全湍流粗糙管。
16、非圆形管的水力当量直径是如何定义的
能否按
ud
2
e计算流量
4
当量直径定义为de
4管道截面积
浸润周边
4A
4A。
不能按该式
2
ude
4
计算流量。
17、在满流的条件下，水在垂直直管中向下流动，对同一瞬时沿管长不同位子的速度而言，
是否会因重力加速度而使下部的速度大于上部的速度
因为质量守恒，直管内不同轴向位子的速度是一样的，不会因为重力而加快，重力只体现在压强的变化上。
20、是否在任何管路中,流量增大阻力损失就增大;流量减小阻力损失就减小?
为什么?
不一定，具体要看管路状况是否变化。
1、系统与控制体
系统或物系是包含众多流体质点的集合。
系统与辩解之间的分界面为系统的边界。
系统与外界可以有力的作用与能量的交换，但没有质量交换，系统的边界随着流体一起运动，因而其形状和大小都可随时间而变化。
（拉格朗日）
当划定一固定的空间体积来考察问题，该空间体积称为控制体。
构成控制体空间界面称为控制面。
控制面是封闭的固定界面，流体可以自由进出控制体，控制面上可以有力的作用与能量的交换（欧拉）
2、什么是流体流动的边界层？
边界层分离的条件是什么？
答案：
流速降为未受边壁影响流速（来流速度）的99%以内的区域为边界层，即边界影
响未及的区域。
流道扩大造成逆压强梯度，逆压强梯度容易造成边界层的分离，边界层分离造成大量漩涡，大大增加机械能消耗。
3、动量守恒和机械能守恒应用于流体流动时，二者关系如何？
当机械能守恒定律应用于实际流体时，由于流体的粘性导致机械能的耗损，在机械能恒算式中将出现Hf项，但动量守恒只是将力和动量变化率联系起来，未涉及能量和消耗问题。
4、塑性流体
只有当施加的剪应力大于某一临界值（屈服应力）后才开始流动
5、涨塑性在某一剪切范围内表现出剪切增稠现象，即粘度随剪切率增大而升高
6、假塑性在某一剪切率范围内，粘度随剪切率增高而下降的剪切稀化现象
7、触变性，震凝性
随τ作用时间延续，du/dy增大，粘度变小。
当一定剪应力τ所作用的时间足够长后，粘度达到定态的平衡值，称触变性；反之，粘度随剪切力作用时间延长而增大的行为称震凝性。
8、粘弹性爬捍效应，挤出胀大，无管虹吸
9、定态流动运动空间个点的状态不随时间而变化
10、何谓轨线？
何谓流线？
为什么流线互不相交？
轨线是某一流体质点的运动轨迹，描述的是同一质点在不同时刻的位置（拉格朗日）流线上各点的切线表示同一时刻各点的速度方向，描述的是同一瞬间不同质点的速度方向（欧拉）
同一点在指定某一时刻只有一个速度
11、动能校正系数α为什么总是大于，等于1？
1根据13
uA
Au3dA，可知流体界面速度分布越均匀，
α越小。
可认为湍流速度分布
是均匀的，代入上式，得α接近于1
12、流体流动过程中，稳定性是指什么？
定态性是指什么？
稳定性是指系统对外界扰动的反应定态性是指有关运动参数随时间的变化情况
13、因次分析法规化试验的主要步骤
（1）析因实验——寻找影响过程的主要因素
（2）规划试验——减少实验工作量
（3）数据处理——实验结果的正确表达
14、平均流速单位时间内流体在流动方向上流经的距离称为流速，在流体流动中通常按流量相等的原则来确定平均流速
15、伯努利方程的物理意义在流体流动中，位能，压强能，动能可相互转换，但其和保持不变
16、理想流体与非理想流体前者粘度为零，后者为粘性流体
17、局部阻力当量长度近似地认为局部阻力损失可以相当于某个长度的直管
18、可压缩流体有较大的压缩性，密度随压强变化
19、转子流量计的特点
恒流速，恒压差
第二章流体输送机械
1、什么是液体输送机械的压头或扬程？
流体输送机械向单位重量流体所提供的能量
2、离心泵的压头受哪些因素影响？
与流量，转速，叶片形状及直径大小有关
3、后弯叶片有什么优点？
有什么缺点？
优点：
后弯叶片的叶轮使流体势能提高大于动能提高，动能在蜗壳中转换成势能时损失
小，泵的效率高
缺点：
产生同样理论压头所需泵体体积比前弯叶片的大
4、何谓“气缚”现象？
产生此现象的原因是什么？
如何防止气缚？
因泵内流体密度小而产生的压差小，无法吸上液体的现象原因是：
离心泵产生的压差与密度成正比，密度小，压差小，吸不上液体。
措施：
灌泵，排气
5、影响离心泵特性曲线的主要因素有哪些？
离心泵的特性曲线指He~qv，η~qv，Pa~qv。
影响这些曲线的主要因素有液体密度，粘度，转速，叶轮形状及直径大小
6、离心泵的工作点是如何确定的？
有哪些调节流量的方法？
离心泵的工作点是由管路特性方程和泵的特性方程共同决定的调节出口阀，改变泵的转速
9、何谓泵的汽蚀？
如何避免汽蚀？
泵的气蚀是指液体在泵的最低压强处（叶轮入口）气化形成气泡，又在叶轮中因压强升高而溃灭，造成液体对泵设备的冲击，引起振动和腐蚀的现象规定泵的实际汽蚀余量必须大于允许汽蚀余量；通过计算，确定泵的实际安装高度低于允许安装高度
10、什么是正位移特性？
流量由泵决定，与管路特性无关
11、往复泵有无汽蚀现象？
有，这是由液体气化压强所决定的
12、为什么离心泵启动前应关闭出口阀，而漩涡泵启动前应打开出口阀？
这与功率曲线的走向有关，离心泵在零流量时功率符合最小，所以在启动时关闭出口阀，使电机负荷最小；而漩涡泵在大流量时功率负荷最小，所以启动时要开启出口阀，使电机负荷最小
13、通风机的全压，动风压各有什么含义？
为什么离心泵的H与ρ无关，而风机的全压pT
与ρ有关？
通风机给每立方米气体加入的能量为全压，其中动能部分为动风压。
因单位不同，压头为m，全风压为N/m2，按△P=ρgh可知h与ρ无关时，△P与ρ成正比
14、某离心通风机用于锅炉通风，通风机放在炉子前与放在炉子后比较，在实际通风的质量流量，电机所需功率上有何不同？
为什么？
风机在前，气体密度大，质量流量大，电机功率负荷也大风机在后，气体密度小，质量流量小，电机功率负荷也小
1、离心泵的主要构件
叶轮和蜗壳
2、离心泵与往复泵的比较
泵的类型
离心泵
往复泵
流
量
均匀性
均匀
不均匀
恒定性
随管路特性而变
恒定
范围
广，易达大流量
较小流量
压头大小
不易达到高压头
压头高
效率
稍低，愈偏离额定值愈小
高
适用范围
流量和压头适用范围广，尤其适用于较低压头，大流量。
除高粘度物料不太适用外，可输送各种物料
适用于流量不大的高压头输送任务；输送悬浮液要采用特殊结构的隔膜泵
3、真空泵的主要特性
极限真空（残余压强），抽气速率（抽率）
4、简述往复泵的水锤现象。
往复泵的流量调节方法有几种？
流量的不均匀时往复泵的严重缺点，它不仅是往复泵不能用于某些对流量均匀性要求较高的场所，而且使整个管路内的液体处于变速运动状态，不但增加了能量损失，且易产生冲击，造成水锤现象，并降低泵的吸入能力。
提高管路流量均运行有如下方法：
（1）采用多缸往复泵
（2）装置空气室
流量调节方法：
（1）旁路调节
（2）改变曲柄转速和活塞行程
第三章液体的搅拌
1、搅拌的目的是什么？
1.加快互溶液体的混合
2.使一种液体以液滴形式均匀分布于另一种不互溶的液体中
3.使气体以气泡的形式分散于液体中
4.使固体颗粒在液体中悬浮
5.加强冷热液体之间的混合以及强化液体与器壁的传热
2、为什么要提出混合尺度的概念？
因调匀度与取样尺度有关，引入混合尺度反映更全面
3、搅拌器的两个功能是什么？
改善搅拌效果的工程措施有哪些（？
（1）产生强大的总体流动
（2）产生强烈的湍动或强剪切力场
4、旋桨式，涡轮式，大叶片低转速搅拌器，各有什么特长和缺陷？
旋桨式适用于宏观调匀，不适用于固体颗粒悬浮液；涡轮式适用于小尺度均匀，不适用于固体颗粒悬浮液；大叶片低速搅拌器适用于高粘度液体或固体颗粒悬浮液，不适用于低粘度液体混合
5、提高液流的湍动程度可采取哪些措施？
（1）提高转速
（2）阻止液体圆周运动，加挡板，破坏对称性（3）装导流筒，消除短路，清除死区
6、大小不一的搅拌器能否适用同一条功率曲线？
为什么？
只要几何相似就可以使用同一根功率曲线，因为无因次化之后，使用了这一条件
7、选择搅拌器放大准则的基本要求是什么？
混合效果与小式相符
1、宏观混合与微观混合宏观混合是从设备尺度到微团尺度或最小漩涡尺度考察物系的均匀性；微观混合是从分子尺度上考察物系的均匀性
2、常用搅拌器的性能旋桨式：
直径比容器小，转速较高，适用于低粘度液体。
主要形成大循环量的总体流动，但湍流程度不高。
主要适用于大尺寸的调匀，尤其适用于要求容器上下均匀的场所。
涡轮式：
直径为容器直径的0、3~0、5倍，转速较高，适用于低粘度或中等粘度（μ<50Pa·s）的液体。
对于要求小尺度均匀的搅拌过程更为适用，对易于分层的物料（如含有较重固体颗粒的悬浮液）不甚合适。
大叶片低转速：
桨叶尺寸大，转速低，旋转直径约为0、5~0、8倍的搅拌釜直径，可用
于较高粘度液体的搅拌。
3、影响搅拌功率的因素几何因素：
搅拌器的直径d；搅拌器叶片数、形状以及叶片长度l和宽度B；容器直径
D；容器中所装液体的高度h；搅拌器距离容器底部的距离h1；挡板的数目及宽度b
物理因素：
液体的密度、粘度μ、搅拌器转速n
4、搅拌功率的分配等功率条件下，加大直径降低转速，更多的功率消耗于总体流动，有利于大尺度上的调匀；反之，减小直径提高转速，则更多的功率消耗于湍动，有利于微观混合。
5、简述搅拌釜中加挡板或导流筒的主要作用分别是什么加挡板：
有效地阻止容器内的圆周运动
导流筒：
严格地控制流动方向，既消除了短路现象又有助于消除死区；抑制了圆周运动的扩展，对增加湍动程度，提高混合效果也有好处
6、搅拌器案工作原理可分为哪几类？
各类搅拌器的特点是什么？
两大类：
一类以旋桨式为代表，其工作原理与轴流泵叶轮相同，具有流量大，压头低的特点，液体在搅拌釜内主要作轴向和切向运动；一类以涡轮式为代表，其工作原理与离心泵叶轮相似，液体在搅拌釜内主要作径向和切向运动，与旋桨式相比具有流量较小，压头较高的特点。
7、搅拌器的放大准则
（1）保持搅拌雷诺数nd2不变，n1d1=n2d2
（2）保持单位体积能耗P/V0不变，n13d12=n23d23
（3）保持叶片端部切向速度πnd不变，n1d1=n2d2
（4）保持搅拌器的流量和压头之比值qV/H不变，d1/n1d2/n2
第四章流体通过颗粒层的流动（过滤）
1、颗粒群的平均直径以何为基准？
为什么？
颗粒群的平均直径以比表面积相等为基准因为颗粒层内流体为爬流流动，流动阻力主要与颗粒表面积的大小有关
2、数学模型法的主要步骤有哪些？
（1）简化物理模型
（2）建立数学模型
（3）模型检验，试验定模型参数
3、过滤速率与哪些因素有关？
过滤速率udq中，u与,r,,,q,qe均有关
dr（qqe）e
4、过滤常数有哪两个？
各与哪些因素有关？
什么条件下才为常数？
K、qe。
K与压差，悬浮液浓度，滤饼比阻，滤液粘度有关；qe与过滤介质阻力有关。
恒压下才为常数
5、opt对什么而言？
对生产能力（Q=V/）最大而言。
Q在V～图上体现为斜率，切线处可获最大斜率，即为opt
6、过滤面积为什么用转鼓面积A而不用A？
该机的滤饼厚度是否与生产能力成正比？
考察方法是跟踪法，所以过滤面积为A，而体现在过滤时间里
不，滤饼厚度与q=qe2K－qe成正比，例如，转速越快，生产能力越大，滤饼
n
越薄
7、加快过滤速率的途径有哪些？
改变滤饼结构，改变悬浮液中的颗粒聚集状态，动态过滤
1、在表面过滤方式中，何谓架桥现象？
在过滤操作开始阶段，会有部分颗粒浸入过滤介质网孔中，称为架桥现象
2、当量直径通过试图将非球形颗粒以某种当量的球形颗粒代表，以使所考察的领域内非球形颗粒的
特型与球形颗粒等效，这一球的直径成为当量直径dev=36V/
3、形状系数
dev2dev2与非球形颗粒体积相等的球的表面积
des2des2非球形颗粒的表面积
任何非球形颗粒的形状系数均小于1
4、分布函数另某号筛子（尺寸为dpi）的筛过量（该筛号以下的颗粒质量的总合）占试样总量的分率为Fi，不同筛号的Fi与其筛孔尺寸dpi汇成的曲线，为分布函数特性：
对应于某一尺寸dpi的Fi值表示直径小于dpi的颗粒占全部试样的质量分率；在该批颗粒的最大直径dp，max处，其分布函数为1
5、频率函数的特性
（1）在一定粒度范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率等于该粒度范围内频率函数曲线下的面积；原则上讲，粒度为某一定值的颗粒的质量分率为零。
（2）频率函数曲线下的全部面积等于1
6、床层空隙率
床层体积颗粒所占的体积描述床层中颗粒堆积的疏密程度，颗粒的形状，粒床层体积
度分布都影响床层空隙的大小
7、床层比表面单位床层体积（不是颗粒体积）具有的颗粒表面及为床层的比表面ａB=a（1-）
8、叶滤机、板框压滤机叶滤机的主要构件是矩形或圆形滤液。
操作密封，过滤面积较大（一般为20～100㎡），劳动条件较好，在需要洗涤时，洗涤液与滤液通过的途径相同，洗涤比较均匀。
滤布不用装卸，一旦破损，更换较困难。
密闭加压的叶滤机，结构比较复杂，造价较高。
板框压滤机优点是结构紧凑，过滤面积大，主要用于过滤含固量多的悬浮液，缺点是装卸、清洗大部分藉手工操作，劳动强度较大。
第五章颗粒的沉降和流态化
1．曳力系数是如何定义的？
它与哪些因素有关？
FD/（Apu2/2）。
与Rep=dpu/、有关
2、斯托克斯定律区的沉降速度与各物理量的关系如何？
应用的前提是什么？
颗粒的加速段在什么条件下可忽略不计？
utd2（p）g/（18）
Re<2
颗粒dp很小，ut很小
3、重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关？
降尘室的高度是否影响气体处理量？
沉降室底面积和沉降速度不影响。
高度小会使停留时间短，但沉降距离也短了
4、评价旋风分离器性能的主要指标有哪两个？
分离效率，压降
5、为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的？
锥底为何须有良好的密封？
低负荷时，没有足够的离心力锥底往往负压，若不密封会漏入气体且将颗粒带起
6、广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么？
狭义流态化指操作气速u小于ut的流化床，广义流化床则包括流化床，载流床和气力输送
7、提高流化质量的常用措施有哪几种？
何谓内生不稳定？
增加分布板阻力，加内部构件，用小直径宽分布颗粒，细颗粒高气速操作空穴的恶性循环
8、气力输送有哪些主要优点？
系统可密闭；输送管线设置比铺设道路更方便；设备紧凑，易连续化，自动化；同时可进行其他单元操作
1、表面曳力，形体曳力
剪力在流动方向上的分力延整个颗粒表面积分，得该颗粒所受剪力在流动方向上的总合压力在流动方向上的分力延整个颗粒表面积分，得该颗粒所受剪力在流动方向上的总合
2、牛顿区
5
500曳力系数不再随Rep而变
（0.44），曳力与流速的平方成正比，即服从平方定律
3、离心分离因数
同一颗粒所受离心力与重力之比，反映离心分离设备性能的重要指标
22ru
ggr
4、总效率0
被除下的颗粒占气体进口总的颗粒的质量分率，不能准确地代表旋风分离器的分离性能
5、流化床的特点
优点：
很易获得均匀的温度；恒定的压降缺点：
不均匀的接触，对实际过程不利，可能导致腾涌或节涌，和沟流
6、流化床的压降与哪些因素有关？
m（p）g可知，流化床的压降等于单位界面床内固体的表观重量（即重
App
量浮力），它与气速无关而始终保持定值。
7、因某种原因使进入降尘室的含尘气体温度升高，若气体质量及含尘情况不变，降尘室出口气体的含尘量将有何变化？
原因何在？
处于斯托克斯区时，含尘量升高；处于牛顿定律区时，含尘量降低
处于斯托克斯区时，温度改变主要通过粘度的变化而影响沉降速度。
因为气体年度随温度升高而增加，所以温度升高时沉降速度减小；处于牛顿定律区时，沉降速度与粘度无关，与有一定关系，温度升高，气体降低，沉降速度增大。
dpc的概念
50%的颗粒直径称为分割直径dpc，某些高效旋风分
8、简述旋风分离器性能指标中分割直径通常将经过旋风分离器后能被除下离器的分割直径可小至3～10m
9、什么是颗粒的自由沉降速度？
当一个小颗粒在静止气流中降落时，颗粒受到重力、浮力和阻力的作用。
如果重力大于浮力，颗粒就受到一个向下的合力（它等于重力与浮力之差）的作用而加速降落。
随着降落速度的增加，颗粒与空气的摩擦阻力相应增大，当阻力增大到等于重力与浮力之差时，颗粒所受的合力为零，因而加速度为零，此后颗粒即以加速度为零时的瞬时速度等速降落，这时颗粒的降落速度称为自由沉降速度（Ut）
10、实际流化现象有哪两种？
通常，各自发生于什么系统？
散式流化，发生于液-固系统；聚式流化，发生于气-固系统
11、对于非球形颗粒，当沉降处于斯托克斯定律区时，试写出颗粒的等沉降速度当量直径de的计算式
18ut
de
（p）g
12、在考虑流体通过固定床流动的压降时，颗粒群的平均直径是按什么原则定义的？
以比表面积相等作为准则流动阻力主要由颗粒层内固体表面积的大小决定，而颗粒的形状并不重要
13、气体中含有1～2微米直径的固体颗粒，应选用哪一种气固分离方法？
第六章传热
1、传热过程有哪三种基本方式？
直接接触式，间壁式，蓄热式
2、传热按机理分为哪几种？
传导，固体内部的热传导是由于相邻分子在碰撞时传递振动能的结果；在流体特别是气体中，除上述原因之外，连续而不规则的分子运动更是导致传导的重要原因。
此外，热传导也可因物体内部自由电子的转移而发生
对流，是流体流动载热与热传导联合作用的结果
热辐射，任何物体，只要其绝对温度不为零度，都会不停的以电磁波的形式向外界辐射能量，同时又不断吸收来自外界其他物体的辐射能。
当向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时，该物体与外界产生热量的传递
3、物体的导热系数与哪些主要因素有关？
与物态，温度有关
4、流动对传热的贡献主要表现在哪？
流动流体的载热：
增大了壁面处的温度梯度，使壁面热流密度较流体静止时为大
5、自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热？
加热面在下，制冷面在上
6、液体沸腾的必要条件有哪两个？
过热度、汽化核心
7、工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作？
为什么？
核状沸腾状态，以免设备烧毁
8、沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手？
改善加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力
9、蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体？
避免其积累，提高
10、为什么低温时热辐射往往可以忽略，而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式？
因Q与温度四次方成正比，对温度很敏感
11、影响辐射传热的主要因素有哪些？
温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质
12、为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数？
（1）相变热远大于显热
（2）沸腾时气泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄
13、有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银质的。
将刚烧开的水同时充满两壶，实测发现，陶壶内的水温下降比银壶中的快，为什么？
陶壶的黑度大，辐射散热快；银壶黑度小，辐射散热慢
14、若串联传热过程中存在某个控制步骤，其含义是什么？
该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤决定
15、传热基本方程中，推倒得出对数平均推动力的前提条件有哪些？
K，qm1cp1，qm2cp2沿程不变；管，壳程均为单程
17、为什么一般情况下，逆流总是优于并流？
并流适用于哪些情况？
逆流推动力tm大，载热体用量少热敏物料加热，控制壁温以免过高
18、解决非定态换热器问题的基本方程是那几个？
传热基本方程，热量衡算式，带有温变速率的热量衡算式
19、在换热器设计计算时，为什么要限制大于0、8
当0、8时，温差推动力损失太大，tm小，所需A变大，设备费用增加
1、载热体为将冷流体加热或热流体冷却，必须用另一种流体供给或取走热量，此流体为载热体
2、间壁式传热过程的三个步骤热流体给热于管壁内侧，热量自管壁内侧传导至管壁外侧，管壁外侧给热于冷流体
3、强制对流，自然对流流体在外力（泵，风机或其他势能差）作用下产生的宏观流动在传热过程中因流体冷热部分密度不同而引起的流动
4、雷
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