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淺談?dòng)?jì)算機(jī)仿真技術(shù)論文

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  隨著計(jì)算機(jī)的不斷普及,人們的衣、食、住、行都與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)息息相關(guān)。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)論文,供大家參考。

  計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)論文范文一:化工中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)研究

  摘要:目前,計(jì)算機(jī)逐漸被普及到生活生產(chǎn)各個(gè)方面,并逐漸被拓展至化工行業(yè)內(nèi)應(yīng)用,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)化工行業(yè)內(nèi)應(yīng)用范圍漸漸被擴(kuò)大,某種特殊程度上促進(jìn)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本文由計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)化工行業(yè)應(yīng)用角度闡述該技術(shù)優(yōu)勢(shì),以及對(duì)其應(yīng)用必要性,希望可以對(duì)相關(guān)工作者帶來(lái)一些啟示。

  關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)仿真技術(shù);化工;應(yīng)用

  伴隨科學(xué)技術(shù)逐漸發(fā)展進(jìn)步,化工行業(yè)設(shè)施裝置逐漸趨于大型化、復(fù)雜化發(fā)展,自動(dòng)化水平逐漸提升,操作要求更加嚴(yán)格。需要相關(guān)操作人員與技術(shù)人員漸漸提升自身業(yè)務(wù)能力與水平,不單確保生產(chǎn)設(shè)備能夠穩(wěn)定安全與長(zhǎng)期運(yùn)行,還需要有關(guān)工作者對(duì)于發(fā)現(xiàn)事故做到盡快合理處理,爭(zhēng)取避免有所損失。在化工行業(yè)里,傳統(tǒng)培訓(xùn)體系偏向于師傅帶領(lǐng)徒弟傳幫帶形式,而有關(guān)工作人員對(duì)于故障處理的能力,通常要靠長(zhǎng)時(shí)間實(shí)踐積累為主,還要具備資歷師傅將其所掌握的原封不動(dòng)傳授給徒弟。該方式比較真實(shí),但卻受到授培訓(xùn)時(shí)間與周期限制,培訓(xùn)內(nèi)容缺少豐富性,某種程度上有可能增加相關(guān)工作者獨(dú)立上崗時(shí)間,不符合生產(chǎn)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展與生產(chǎn)裝置更新所需。

  1應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)重要性

  化工行業(yè)常需要針對(duì)部分具體工程設(shè)備與工藝流程予以操作,才逐漸深入至崗位操作人員,然后通過(guò)培訓(xùn),培訓(xùn)工作通常結(jié)合實(shí)物掛圖與微縮器具將知識(shí)傳授出去,傳授過(guò)程比較枯燥。實(shí)物掛圖與教具基于實(shí)用因素與經(jīng)濟(jì)因素,并不選擇大尺寸,致使所有培訓(xùn)工作人員詳細(xì)掌握相關(guān)操作與原理。結(jié)合3D技術(shù)繪制能夠讓設(shè)備形象更趨于逼真化,可做任意旋轉(zhuǎn),使培訓(xùn)工作人員可實(shí)現(xiàn)全方位觀察工藝與設(shè)備[1]。結(jié)合Flash技術(shù)制作設(shè)備動(dòng)畫(huà)有效代替掛圖,對(duì)設(shè)備動(dòng)態(tài)進(jìn)行演示的時(shí)候更為生動(dòng)形象,幫助相關(guān)人員針對(duì)設(shè)備工作原理予以掌握,能夠很好帶動(dòng)培訓(xùn)人員熱情。并且,使用設(shè)備較為方便,對(duì)使用要求可以很好滿足。

  2基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)化工數(shù)據(jù)模型

  結(jié)合計(jì)算機(jī)做仿真模擬,是把化工過(guò)程數(shù)理帶入計(jì)算機(jī)當(dāng)中,接下來(lái)經(jīng)計(jì)算機(jī)把工藝過(guò)程進(jìn)行模擬與反映。所有原理基于人為因素轉(zhuǎn)變,可以得到與之匹配反應(yīng)過(guò)程與反應(yīng)結(jié)果變化值。通常情況下它存在下述優(yōu)勢(shì)。其一,友好人機(jī)交互界面。當(dāng)前,諸多化工業(yè)模擬軟件設(shè)計(jì)規(guī)則都以微軟公司為基礎(chǔ),使相關(guān)工作者能快速上手并投入相關(guān)操作中,讓相關(guān)人員感到輕松便捷,培養(yǎng)濃厚實(shí)驗(yàn)興趣,并充分調(diào)動(dòng)起工作積極性與能動(dòng)性。其二,對(duì)工程裝備的性能反應(yīng)較為真實(shí)[2]。要充分分析化工設(shè)備反應(yīng)過(guò)程,建立同它相互匹配模型,憑借實(shí)驗(yàn)把所有過(guò)程全權(quán)反映出來(lái),對(duì)操作工人熟練快速掌握操作技能非常有利。我們?cè)谙率鑫恼轮辛信e一個(gè)化工工業(yè)常會(huì)涉及到的一個(gè)模型,希望可以供相關(guān)操作人員參考。計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)具有許多特點(diǎn),如重復(fù)、復(fù)雜性和多個(gè),20世紀(jì)50年代初,西方國(guó)家一直在計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性進(jìn)行了研究,并取得了非常重要的影響。仿真系統(tǒng)對(duì)我國(guó)化工行業(yè)也進(jìn)行了一系列的設(shè)計(jì)和研究,但也限于靜態(tài)研究范疇。

  3針對(duì)電子數(shù)字方面的研究

  基于計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的特點(diǎn),可以把它看作是非線性的本質(zhì),及其相對(duì)高階的時(shí)候,分析方法和經(jīng)典控制理論,計(jì)算機(jī)模擬在化工系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能研究是非常困難的[3]。本文通過(guò)計(jì)算機(jī)在電子數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微積分方程,計(jì)算,介紹了結(jié)合時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)體系,這將最終調(diào)整方案出來(lái)。第一,系統(tǒng)是穩(wěn)定的;第二,在數(shù)值計(jì)算時(shí),系統(tǒng)的輸入值等于0.0123;第三,在排除干擾因素,把化學(xué)工作在正常狀態(tài);第四,干擾因素考慮在內(nèi)的情況下,各種干擾因素也作為單獨(dú)的個(gè)體來(lái)處理。本文通過(guò)預(yù)測(cè)校正格式,歐拉方法是迭代微分方程數(shù)值積分計(jì)算。

  4計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的改進(jìn)方案

  當(dāng)前,化工仿真系統(tǒng)應(yīng)用范圍很廣,但由于化工設(shè)備操作和較大的工藝流程不同,當(dāng)前的仿真軟件,仿真機(jī)器,更好的培訓(xùn)新員工無(wú)法滿足,因此,未來(lái)的新的仿真技術(shù)和仿真軟件的發(fā)展空間仍然是大[4]。未來(lái),應(yīng)該與自動(dòng)控制理論相結(jié)合,適當(dāng)參考校正環(huán)節(jié)能有效地改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的質(zhì)量,使其有較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力??梢赃B接到氣體的輸入端仿真系統(tǒng)的微分和積分負(fù)反饋環(huán)節(jié),最終會(huì)使動(dòng)態(tài)性能大大提高,它相當(dāng)于系列的介紹和鏈接。我們計(jì)算的結(jié)果可以看出,只要相應(yīng)的參數(shù)選擇正確獲得超出預(yù)期的效果。微分和積分部分的結(jié)構(gòu)可以被視為一種天然氣供應(yīng)預(yù)感橋,放置在相同的速度管道溫度傳感器已經(jīng)變成一座橋兩個(gè)手臂,表達(dá)時(shí)間常數(shù)很小,時(shí)間常數(shù)相對(duì)較長(zhǎng)。仿真系統(tǒng)的輸入結(jié)構(gòu)的負(fù)面反饋鏈接到系統(tǒng)具有更好的動(dòng)態(tài)性能?;诨局R(shí)理論,修正的鏈接對(duì)系統(tǒng)控制精度的影響,通過(guò)計(jì)算結(jié)果我們可以看到,只要精心挑選的組件參數(shù),達(dá)到理想的效果是指日可待。我們提倡這項(xiàng)計(jì)劃的最明顯的特征是它簡(jiǎn)單易操作,換句話說(shuō),只要其中一個(gè)傳感器連接到導(dǎo)管,同時(shí)本文串并聯(lián)在同一橋臂上面的。連接到放大器的輸入和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò),結(jié)合線性系統(tǒng)的自動(dòng)控制原理做提前修正原則,與放大器的輸入電阻和電容組成先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò),可以很好的改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。討論上述3種改進(jìn)方案是基于先進(jìn)的理論為基礎(chǔ),由計(jì)算結(jié)果可以看到,他們所有的3種基本上可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。第一種和第二種的系統(tǒng)還可以明顯改善方案來(lái)提高抗干擾能力。和改進(jìn)項(xiàng)目的這些類是基于現(xiàn)有技術(shù)的前提下,沒(méi)有相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn)的障礙。當(dāng)然,想把他們對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的引用,還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間。

  5結(jié)語(yǔ)

  目前,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)生產(chǎn)與培訓(xùn)方面應(yīng)用比較多,所以,要著重強(qiáng)化對(duì)仿真軟件與仿真機(jī)器開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)一步推廣,要對(duì)該項(xiàng)技術(shù)加速深化,讓它的應(yīng)用范圍與性能得以提升。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用,促進(jìn)高新技術(shù)更進(jìn)一步發(fā)展,促進(jìn)科學(xué)技術(shù)加速發(fā)展,同一時(shí)間為化工行業(yè)提供更為廣闊發(fā)展空間。未來(lái)可持續(xù)發(fā)展當(dāng)中,化工行業(yè)把握計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用措施,為企業(yè)贏得更多收益。

  參考文獻(xiàn):

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  計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)論文范文二:汽車催化器設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用

  [摘要]

  隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及排放技術(shù)的發(fā)展,催化器的設(shè)計(jì)也對(duì)工程師提出了越來(lái)越高的要求,本文主要介紹了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),特別是CAE和CFD技術(shù)在汽車催化轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。CAE以及CFD技術(shù)的應(yīng)用,大幅縮短了汽車催化器設(shè)計(jì)的周期,且降低了設(shè)計(jì)成本,使催化器產(chǎn)品的可靠性得到顯著提升。相關(guān)的分析工作表明催化器支架設(shè)計(jì)前,應(yīng)首先對(duì)整體結(jié)構(gòu)的模態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià),根據(jù)振動(dòng)形式的分布來(lái)確定支架的布置方向;流場(chǎng)的合理性對(duì)產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重要影響,載體前端部分要盡量避免過(guò)小的轉(zhuǎn)彎半徑導(dǎo)致的紊流現(xiàn)象。

  [關(guān)鍵詞]CAE;模態(tài);剛度;沖壓工藝

  1前言

  近年來(lái),隨著汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,汽車已經(jīng)走進(jìn)眾多的家庭,正逐步從奢侈品變?yōu)槌鞘猩畹谋匦杵?。汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶給人們出行便捷的同時(shí),也帶來(lái)了日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題,對(duì)人體健康造成了損害[1]。因此尾氣排放成為了評(píng)價(jià)整車性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)Ⅳ、國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的制定和執(zhí)行,愈發(fā)體現(xiàn)出了催化器對(duì)整車性能的重要性,隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)催化器的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求,緊耦合式歧管、渦輪增壓技術(shù)都使催化器的結(jié)構(gòu)朝著異形化的方向發(fā)展,催化轉(zhuǎn)化器在設(shè)計(jì)中不但要滿足高溫、強(qiáng)震動(dòng)下的剛度要求,更要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

  2模態(tài)分析對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

  作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的重要組成部分,催化器決定了汽車排放性能的優(yōu)劣。隨著汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升,催化器的位置也越發(fā)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)熱端,目前常見(jiàn)的排放系統(tǒng),常常將催化器布置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管或是渦輪增壓器的出口位置,這也使得催化器處于高溫、強(qiáng)振的工作環(huán)境中。為了滿足排氣系統(tǒng)的使用壽命的要求,在催化器的設(shè)計(jì)階段,就必須考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和耐久性能,而這其中,催化器的模態(tài)對(duì)催化器的性能至關(guān)重要,目前的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中,一般要求催化器在高溫下的一階模態(tài)達(dá)到210Hz[2]。

  2.1邊界條件的設(shè)定

  2.1.1溫度邊界條件催化器是一種典型的流固耦合模型,尾氣的高溫對(duì)催化器的性能有很大的影響,根據(jù)材料力學(xué)性能的試驗(yàn)數(shù)據(jù),800℃時(shí)的不銹鋼材料性能大約只有常溫下材料性能的1/6,因此進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)必須要考慮溫度場(chǎng)帶來(lái)的影響。由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使得載體區(qū)域壁面溫度較高,約為800~900℃,非載體區(qū)域的壁面溫度在400~500℃之間。

  2.1.2材料屬性的定義在模態(tài)計(jì)算時(shí),需要定義的材料屬性有彈性模量、泊松比以及材料的密度,這其中彈性模量隨溫度的升高會(huì)產(chǎn)生明顯的下降。通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段測(cè)得不銹鋼材料彈性模量隨溫度的變化關(guān)系,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線擬合成二次多項(xiàng)式:將此公式作為模態(tài)分析時(shí)彈性模量的輸入。材料的密度隨溫度的變化并不明顯,因此按照常溫下的材料密度值進(jìn)行設(shè)定,泊松比一般取在0.2~0.3之間。對(duì)于排氣管內(nèi)的氣體,假設(shè)其為理想氣體,是單向的牛頓流體,在進(jìn)行計(jì)算時(shí),設(shè)定其可壓縮性對(duì)計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生明顯影響,馬赫數(shù)MH=V/a,V為當(dāng)?shù)厮俣?,a為當(dāng)?shù)匾羲?當(dāng)MH<0.3時(shí),為不可壓縮,當(dāng)MH≥0.7時(shí)肯定為可壓縮流體,如果用不可壓縮法計(jì)算,結(jié)果就會(huì)有明顯的差別[3]。

  2.2計(jì)算結(jié)果

  2.2.1初始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在初始設(shè)計(jì)中,考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)安裝空間的情況,將催化器支架設(shè)計(jì)成為圖1中右側(cè)的結(jié)構(gòu),該支架與中間段軸線呈傾斜布置,該方案的一階模態(tài)160Hz,沒(méi)有達(dá)到催化器的設(shè)計(jì)要求。而在后續(xù)的臺(tái)架試驗(yàn)中,催化器的確在在中間段位置出現(xiàn)了多次斷裂。說(shuō)明該設(shè)計(jì)方案的確不能滿足剛度要求。改進(jìn)方法主要針對(duì)催化器支架進(jìn)行,通過(guò)對(duì)支架的位置、走向進(jìn)行優(yōu)化及整體剛度的調(diào)整[4]。

  2.2.2改進(jìn)方案將支架設(shè)計(jì)成了對(duì)稱的“雙L”型結(jié)構(gòu),并且支架的布置方向與中間段軸線垂直。該支架作用下的整體模態(tài)達(dá)到300Hz,滿足設(shè)計(jì)要求,并且支架沒(méi)有增加安裝孔位,便于裝配。該方案在臺(tái)架試驗(yàn)中也取得了良好的效果,200小時(shí)振動(dòng)耐久試驗(yàn)以及250h熱沖擊試驗(yàn)均達(dá)到了滿意的效果;另外,良好的裝配工藝性,也在后續(xù)的量產(chǎn)中收獲了不錯(cuò)的效果,裝配效果更加穩(wěn)定。

  2.3模態(tài)計(jì)算與支架設(shè)計(jì)

  通過(guò)多個(gè)類似催化器支架的設(shè)計(jì),得到這樣的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn):支架的走向?qū)φw結(jié)構(gòu)的模態(tài)有明顯的影響。產(chǎn)品振動(dòng)的角度和中間段軸線基本垂直,這恰好與改進(jìn)方案中的支架走向一致;而初始設(shè)計(jì)方案中的支架走向與催化器主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)方向存在一定的角度,從而影響了支架的效果,使剛度無(wú)法滿足要求。因此,我們?cè)诖呋髦Ъ艿脑O(shè)計(jì)初期,首先要關(guān)注主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)形式,并根據(jù)振動(dòng)的方向來(lái)設(shè)計(jì)支架走向,保證催化器支架能最大限度的提升整體結(jié)構(gòu)的剛度。

  3CFD分析對(duì)催化器流道設(shè)計(jì)的影響

  催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)排氣性能產(chǎn)生很大影響,在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮流場(chǎng)對(duì)氣流走向、壓力損失、流速均勻、載體前端流場(chǎng)偏心等參數(shù)的影響。在早期的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)師更多通過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)是否合理;而隨著CFD技術(shù)的不斷發(fā)展,人們已經(jīng)能通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真來(lái)真實(shí)的模擬流場(chǎng)內(nèi)部的氣流情況。圖2是某渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)催化器的設(shè)計(jì)方案,由于裝車環(huán)境的限制,流場(chǎng)在前錐出現(xiàn)較大拐角。通過(guò)CFD分析,我們得到了圖2所示的流場(chǎng)分布結(jié)果。能夠看出,流場(chǎng)在載體及后錐等部分氣流速度分布規(guī)則、流場(chǎng)均勻,而在前錐位置,由于過(guò)大的拐角,導(dǎo)致氣流在拐彎后的錐形區(qū)域形成渦流。載體前部渦流會(huì)影響流入載體截面氣流的均勻性,影響催化轉(zhuǎn)化效果;另外,嚴(yán)重的渦流可能會(huì)加快襯墊的吹蝕,造成載體堵塞等嚴(yán)重失效。因此,我們對(duì)催化器前錐進(jìn)行了優(yōu)化,我們發(fā)現(xiàn),氣流在拐彎后沒(méi)有足夠的直線管道來(lái)幫助氣流方向恢復(fù)穩(wěn)定,因此優(yōu)化時(shí)應(yīng)該考慮在拐彎后增加適當(dāng)?shù)闹本€管路;另外,氣流在拐彎內(nèi)側(cè)部分氣流速度最大,并在該處形成離心現(xiàn)象,導(dǎo)致后方氣流整體向下偏移,影響載體截面氣流的偏心率,所以增大拐彎半徑,降低氣流的離心現(xiàn)象,也會(huì)對(duì)整體氣流有優(yōu)化作用;最后我們發(fā)現(xiàn),過(guò)大的錐形區(qū)域也給渦流的產(chǎn)生提供的空間,設(shè)計(jì)時(shí)合理的減小該錐形空間,能夠減小渦流產(chǎn)生的規(guī)模,提高整體流場(chǎng)的穩(wěn)定性。根據(jù)該思路,對(duì)催化器前端的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,綜合考慮各個(gè)因素后,將載體向后平移了15mm,這樣就為催化器前端創(chuàng)造了更大的空間,考慮到盡量減小錐形區(qū)域,因此設(shè)計(jì)成圖3所示相對(duì)扁平的錐體結(jié)構(gòu),再配合一根弧度更大的彎管,完成了優(yōu)化后的方案。優(yōu)化后的流場(chǎng)在催化器前端的流動(dòng)更加平穩(wěn),由于彎管的弧度增大,氣流在拐彎前后的分布更加均勻,錐形空間的減小也大大限制了渦流區(qū)域的影響,通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算,該方案氣流在載體截面的均勻度為0.98、偏心率為0.1,應(yīng)該說(shuō)流場(chǎng)的分布情況滿足了設(shè)計(jì)要求。

  4結(jié)論

  1)在催化器支架設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮整體結(jié)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的布置形式、布置方向及其隨發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的主要振動(dòng)方向,催化器的主要振動(dòng)方向是其剛度的薄弱方向;

  2)催化器支架設(shè)計(jì)前,應(yīng)首先對(duì)整體結(jié)構(gòu)的模態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià),通過(guò)CAE手段得到其整體結(jié)構(gòu)在各階固有頻率(主要是一階固有頻率)下的振動(dòng)形式,根據(jù)振動(dòng)形式的分布,來(lái)確定支架的布置方向;

  3)流場(chǎng)的合理性對(duì)產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重要影響,載體前端部分要盡量避免過(guò)小的轉(zhuǎn)彎半徑,小半徑彎管不但工藝實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜,對(duì)流場(chǎng)的均勻性也帶來(lái)不利影響;另外,在角度突變的區(qū)域應(yīng)該避免出現(xiàn)較大錐形空間出現(xiàn)。

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