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A Low Mach Number IMEX Flux Splitting for the Level Set Ghost Fluid Method
1
作者 Jonas Zeifang Andrea Beck 《Communications on Applied Mathematics and Computation》 2023年第2期722-750,共29页
Considering droplet phenomena at low Mach numbers,large differences in the magnitude of the occurring characteristic waves are presented.As acoustic phenomena often play a minor role in such applications,classical exp... Considering droplet phenomena at low Mach numbers,large differences in the magnitude of the occurring characteristic waves are presented.As acoustic phenomena often play a minor role in such applications,classical explicit schemes which resolve these waves suffer from a very restrictive timestep restriction.In this work,a novel scheme based on a specific level set ghost fluid method and an implicit-explicit(IMEX)flux splitting is proposed to overcome this timestep restriction.A fully implicit narrow band around the sharp phase interface is combined with a splitting of the convective and acoustic phenomena away from the interface.In this part of the domain,the IMEX Runge-Kutta time discretization and the high order discontinuous Galerkin spectral element method are applied to achieve high accuracies in the bulk phases.It is shown that for low Mach numbers a significant gain in computational time can be achieved compared to a fully explicit method.Applica-tions to typical droplet dynamic phenomena validate the proposed method and illustrate its capabilities. 展开更多
关键词 IMEX flux splitting level set method Ghost fluid method Low Mach number flows
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Numerical simulation of single bubble rising in shear-thinning fluids by level set method 被引量:4
2
作者 李少白 烟征 +2 位作者 李润东 王雷 栾敬德 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第4期1000-1006,共7页
The behavior of single bubble rising in quiescent shear-thinning tlmds was lnvestlgateO numerically by level set metnoa. number of bubbles in a large range of Reynolds number and Eotvos number were investigated includ... The behavior of single bubble rising in quiescent shear-thinning tlmds was lnvestlgateO numerically by level set metnoa. number of bubbles in a large range of Reynolds number and Eotvos number were investigated including spherical, oblate and spherical. The bubble shape and drag coefficient were compared with experimental results. It is observed that the simulated results show good conformity to experimental results over a wide range of Reynolds number. In addition, the detailed flow field based on the reference coordinate system moving with the bubble is obtained, and the relationship among flow field, bubble shape and velocity is discussed. 展开更多
关键词 single bubble shear thinning fluid numerical simulation level set method
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CFD Simulation of a container ship in random waves using a coupled level-set and volume of fluid method 被引量:1
3
作者 Hamn-Ching Chen Chia-Rong Chen 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2023年第2期222-231,共10页
The coupled level-set and volume of fluid(CLSVOF)method is an advanced interface-capturing method that has been extended to handle overset grid systems.However,artificial uneven interface may be observed across block ... The coupled level-set and volume of fluid(CLSVOF)method is an advanced interface-capturing method that has been extended to handle overset grid systems.However,artificial uneven interface may be observed across block boundaries of different sizes and geometries.We present an improved inter-grid VOF interpolation and mass correction scheme to address the issue.To demonstrate the capability of the improved CLSVOF method,it is applied to the simulation of a container ship in pitch and heave motions under both head sea and following sea irregular wave conditions.Our simulation proves that the improved CLSVOF method is capable of revealing detailed physics difficult to see with other methods.Those phenomena simulated in our work include the extensive greenwater propagation on the ship deck,the breakup of overtopping waves into small droplets,and the formation and collapse of air pockets in sudden bow and stern slamming which cause strong and highly localized impacts on the ship bow,stern,and rudder. 展开更多
关键词 Computational fluid dynamics(CFD) couple level-set and volume of fluid(clsvof)method random waves overset grid system violent free surface flow bow and stern slamming
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追踪不可压缩两相流相界面的CLSVOF方法 被引量:17
4
作者 宋云超 王春海 宁智 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期26-31,60,共7页
根据CLSVOF方法的基本思想,将VOF和Level Set两种方法结合起来,用于追踪不可压缩两相流相界面的计算。通过对经典的两相流流动问题的计算,研究了CLSVOF方法对对流输运方程和动量输运方程计算精度的影响,并与VOF方法和Level Set方法进行... 根据CLSVOF方法的基本思想,将VOF和Level Set两种方法结合起来,用于追踪不可压缩两相流相界面的计算。通过对经典的两相流流动问题的计算,研究了CLSVOF方法对对流输运方程和动量输运方程计算精度的影响,并与VOF方法和Level Set方法进行了对比。研究结果表明:求解对流输运方程时,CLSVOF方法的计算精度明显高于Level Set方法;求解动量输运方程时,CLSVOF方法产生的虚假速度接近于0,基本克服了利用VOF方法求解动量输运方程时的虚假速度势问题。 展开更多
关键词 相界面 气液两相流 clsvof方法 level set方法 Vof方法
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界面捕捉Level Set方法的(AMR)数值模拟 被引量:12
5
作者 宫翔飞 张树道 江松 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期391-395,共5页
在流体力学方程的计算中采用高精度WENO格式,用AMR(adaptive mesh refinement)方法提高流场局部分辨率,在采用Level Set函数标定物质界面的计算中用GFM(ghost fluid method)方法进行界面处理,尝试将AMR技术与界面追踪技术相互融合并应... 在流体力学方程的计算中采用高精度WENO格式,用AMR(adaptive mesh refinement)方法提高流场局部分辨率,在采用Level Set函数标定物质界面的计算中用GFM(ghost fluid method)方法进行界面处理,尝试将AMR技术与界面追踪技术相互融合并应用于数值模拟,对不同的模拟结果进行了比较. 展开更多
关键词 WENO adaptive mesh REFINEMENT level set方法 GHOST fluid方法
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基于CLSVOF方法的界面追踪耦合 被引量:4
6
作者 廖斌 陈善群 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2013年第9期106-111,共6页
根据Level-Set方法和VOF方法的优缺点,近年来兴起了一类界面追踪的耦合方法——CLSVOF(Coupled Level-Set and Volume-of-Fluid Method)方法。本文阐述了该方法的耦合实现过程,通过旋转流场和剪切流场2个算例验证了CLSVOF方法相比Level-... 根据Level-Set方法和VOF方法的优缺点,近年来兴起了一类界面追踪的耦合方法——CLSVOF(Coupled Level-Set and Volume-of-Fluid Method)方法。本文阐述了该方法的耦合实现过程,通过旋转流场和剪切流场2个算例验证了CLSVOF方法相比Level-Set方法实现了计算过程中的物理量守恒,克服了VOF方法难以准确计算界面的法向和曲率的缺点。使用该方法对溃坝模型进行计算,并将数值模拟结果进行对比分析。结果表明:CLSVOF方法计算结果更加接近于实验结果,该方法相比其他界面追踪方法具有更高的运动界面追踪分辨率。由此说明CLSVOF方法模拟具有自由表面流动工程实际问题的精确性和可行性。 展开更多
关键词 clsvof方法 level-set方法 Vof方法 界面追踪 溃坝模型
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基于CLSVOF方法的多介质流运动界面追踪(英文) 被引量:3
7
作者 陈善群 廖斌 《船舶力学》 EI 北大核心 2012年第3期203-217,共15页
根据Level-Set方法和VOF方法各自的优缺点,耦合生成一种Level-Set和VOF的耦合界面追踪方法,简称CLSVOF(Coupled Level Set and Volume Of Fluid Method)方法。CLSVOF方法利用Level-Set函数计算VOF体积份额,克服了VOF方法难以准确计算界... 根据Level-Set方法和VOF方法各自的优缺点,耦合生成一种Level-Set和VOF的耦合界面追踪方法,简称CLSVOF(Coupled Level Set and Volume Of Fluid Method)方法。CLSVOF方法利用Level-Set函数计算VOF体积份额,克服了VOF方法难以准确计算界面的法向量和曲率的缺点;同时又利用VOF体积份额修正Level-Set函数,克服了Lev-el-Set方法在计算过程中有物理量的损失的缺点。用旋转流场和剪切流场的数值算例验证了CLSVOF方法相比VOF方法提高了运动界面追踪的分辨率,相比Level-Set方法实现了计算过程中的物理量守恒。运用CLSVOF方法数值模拟了两个多介质流运动界面算例,分别是自由剪切层问题和气泡在静止水体中上升问题.对比数值模拟结果与理论分析和实验结果可知CLSVOF方法能精确地追踪多介质流运动界面。 展开更多
关键词 clsvof方法 levelset方法 Vof方法 多介质流 界面追踪
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基于Level-Set的多介质流体动力学数值分析 被引量:2
8
作者 张志江 徐更光 史锐 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期948-951,共4页
针对水中爆炸中涉及的多介质高压比和高密度比数值计算精度不高的问题,提出了解决该类问题的可行性方法,并对该方法进行了程序实现.该方法利用位标函数追踪多介质流体运动界面,采用修正的虚拟流体方法对界面进行了处理.通过黎曼问题、... 针对水中爆炸中涉及的多介质高压比和高密度比数值计算精度不高的问题,提出了解决该类问题的可行性方法,并对该方法进行了程序实现.该方法利用位标函数追踪多介质流体运动界面,采用修正的虚拟流体方法对界面进行了处理.通过黎曼问题、激波打击气泡和激波打击液气面问题的计算,得出计算结果与理论分析结果吻合.TNT水中爆炸的计算结果与实验相似律求得的冲击波参数对比表明,两者计算结果比较吻合. 展开更多
关键词 位标函数 虚拟流体方法 水下爆炸
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基于level set的Eulerian-Lagrangian耦合方法及其应用 被引量:3
9
作者 贾祖朋 蔚喜军 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期177-182,共6页
提出了一种基于水平集的Eulerian-Lagrangian耦合方法,其中Lagrangian方法采用相容显式有限元拉氏方法,Eulerian方法采用基于近似Riemann解的有限体积Eulerian方法,多介质界面处理采用新的水平集和Ghost方法计算.给出了若干数值算例,包... 提出了一种基于水平集的Eulerian-Lagrangian耦合方法,其中Lagrangian方法采用相容显式有限元拉氏方法,Eulerian方法采用基于近似Riemann解的有限体积Eulerian方法,多介质界面处理采用新的水平集和Ghost方法计算.给出了若干数值算例,包括激波管问题以及金属和气体的运动界面及其大变形问题,并分别与精确解和相容显式有限元拉氏方法的计算结果进行了对比.数值结果表明,该方法计算结果正确,精度较高,能够准确捕捉物质界面,适用于处理大变形问题. 展开更多
关键词 大变形流体力学问题 多介质 Eulerian-Lagrangian耦合方法 水平集方法 近似Riemann解
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可压缩多介质流体数值模拟中的Level-Set间断跟踪方法 被引量:2
10
作者 张学莹 赵宁 王春武 《计算物理》 CSCD 北大核心 2006年第5期518-524,共7页
针对可压缩多介质流体的数值模拟,发展了一种Level-Set间断追踪技术,用LS(Level-Set)函数追踪激波和捕捉界面,用Riemann问题解构造带状区域内的虚拟流体状态,对物理量的外推方法、间断附近虚拟流体的构造、间断推进速度的计算等问题进... 针对可压缩多介质流体的数值模拟,发展了一种Level-Set间断追踪技术,用LS(Level-Set)函数追踪激波和捕捉界面,用Riemann问题解构造带状区域内的虚拟流体状态,对物理量的外推方法、间断附近虚拟流体的构造、间断推进速度的计算等问题进行了研究.最后对可压缩多介质流体一维和二维守恒律方程组进行数值模拟,数值计算采用通量重构的高精度WENO格式,计算结果令人满意. 展开更多
关键词 多介质流体界面 levelset间断跟踪 虚拟流动方法 WENO格式
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Level Set方法在地面效应数值模拟中的应用 被引量:1
11
作者 何琨 陈坚强 毛枚良 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期328-333,471,共6页
利用Level Set方法隐式捕捉界面并能处理复杂的物质界面及其拓扑结构变化(如合并、交叉、破碎等)情况的优势,基于可压缩N-S方程的预处理技术,采用基于界面两侧介质黎曼关系的修正虚拟流体方法对介质边界进行处理;将只能应用于可压缩流... 利用Level Set方法隐式捕捉界面并能处理复杂的物质界面及其拓扑结构变化(如合并、交叉、破碎等)情况的优势,基于可压缩N-S方程的预处理技术,采用基于界面两侧介质黎曼关系的修正虚拟流体方法对介质边界进行处理;将只能应用于可压缩流动界面模拟的修正虚拟流体方法推广应用于不可压缩流动问题的模拟,数值模拟了气-水运动界面与近水面飞行器的相互影响规律。通过与将水面视为对称面的简化模型对比发现:利用自由运动界面模型计算的NACA6409翼型升力较小,能更准确地反映飞行器流场对水面形状的影响,其结果更为符合实际;文中还对比了翼型距水面不同高度时的结果,得到了翼型受水面影响的强弱与翼型距水面的高度成反比的结论。 展开更多
关键词 地面效应 level set方法 修正虚拟流体方法 预处理方法
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多介质流动改进型Level-Set重新初始化方法 被引量:1
12
作者 张学莹 赵宁 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2006年第4期438-443,共6页
根据Level-Set函数在网格点处的值,预估出间断面的位置,并对间断面附近网格点上的LS值作相应调整,使其保持距离函数的性质,能够避免由于重新初始化造成间断面位置移动的问题。数值计算采用高精度WENO格式,对于多个可压缩流问题进行了数... 根据Level-Set函数在网格点处的值,预估出间断面的位置,并对间断面附近网格点上的LS值作相应调整,使其保持距离函数的性质,能够避免由于重新初始化造成间断面位置移动的问题。数值计算采用高精度WENO格式,对于多个可压缩流问题进行了数值模拟,表明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 双曲型守恒律 level-set方法 WENO格式 间断GFM
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R-M界面不稳定性Level Set方法
13
作者 朱君 赵宁 戴嘉尊 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期190-193,共4页
在界面不稳定性的数值研究中最核心的是界面的精确描述。采用SCB格式 ,通过设置一个LevelSet距离函数来标志界面位置 ,在界面两侧采用GhostFluid方法解Euler方程 ,能较准确地跟踪界面的发展 ,且在界面附近不出现非物理振荡。
关键词 界面 不稳定性 level set方法 SCB格式 GHOST F1uid方法
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用改进的耦合型Level Set方法计算一维双介质可压缩流动 被引量:3
14
作者 张镭 袁礼 《计算物理》 CSCD 北大核心 2001年第6期511-516,共6页
用带有虚拟流体 (GhostFluid)修正的LevelSet方法计算了一维可压缩双介质流动 ,把描述流动的Euler方程和描述流体界面运动的LevelSet方程耦合起来 ,得到一个整体的守恒律系统 ,应用高分辨率差分格式求解 ;为了解决流体界面附近的数值跳... 用带有虚拟流体 (GhostFluid)修正的LevelSet方法计算了一维可压缩双介质流动 ,把描述流动的Euler方程和描述流体界面运动的LevelSet方程耦合起来 ,得到一个整体的守恒律系统 ,应用高分辨率差分格式求解 ;为了解决流体界面附近的数值跳动问题 ,在界面附近引入了虚拟流体方法的Isobaric修正 。 展开更多
关键词 虚拟流体 双介质可压缩流动 Isobaric修正 高分辨率差分格式 level set方法 耦合 流体界面
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一种固定界面的Level Set重新初始化方法 被引量:1
15
作者 张莉 吴开腾 宁建国 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S2期185-190,共6页
针对Level Set函数重新初始化过程导致的质量不守恒性问题,采用一种固定界面位置的方式,分析了固定界面位置与光滑参数之间的关系,推导了一种光滑参数的选取计算公式。与传统光滑参数的取值相比,本文提出的光滑参数不是固定而是变化的,... 针对Level Set函数重新初始化过程导致的质量不守恒性问题,采用一种固定界面位置的方式,分析了固定界面位置与光滑参数之间的关系,推导了一种光滑参数的选取计算公式。与传统光滑参数的取值相比,本文提出的光滑参数不是固定而是变化的,它依赖于界面附近节点的信息。数值实验结果表明,该方法能够有效地捕捉界面,并能大大提高质量守恒性。 展开更多
关键词 流体力学 偏微分方程 level set方法 重新初始化 光滑参数
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Numerical modeling and experimental investigation of a two-phase sink vortex and its fluid-solid vibration characteristics
16
作者 Zichao YIN Yesha NI +4 位作者 Lin LI Tong WANG Jiafeng WU Zhe LI Dapeng TAN 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期47-62,共16页
A sink vortex is a common physical phenomenon in continuous casting,chemical extraction,water conservancy,and other industrial processes,and often causes damage and loss in production.Therefore,the real-time monitorin... A sink vortex is a common physical phenomenon in continuous casting,chemical extraction,water conservancy,and other industrial processes,and often causes damage and loss in production.Therefore,the real-time monitoring of the sink vortex state is important for improving industrial production efficiency.However,its suction-extraction phenomenon and shock vibration characteristics in the course of its formation are complex mechanical dynamic factors for flow field state monitoring.To address this issue,we set up a multi-physics model using the level set method(LSM)for a free sink vortex to study the two-phase interaction mechanism.Then,a fluid–solid coupling dynamic model was deduced to investigate the shock vibration characteristics and reveal the transition mechanism of the critical flow state.The numerical results show that the coupling energy shock induces a pressure oscillation phenomenon,which appears to be a transient enhancement of vibration at the vortex penetration state.The central part of the transient enhancement signal is a high-frequency signal.Based on the dynamic coupling model,an experimental observation platform was established to verify the accuracy of the numerical results.The water-model experiment results were accordant with the numerical results.The above results provide a reference for fluid state recognition and active vortex control for industrial monitoring systems,such as those in aerospace pipe transport,hydropower generation,and microfluidic devices. 展开更多
关键词 Free sink vortex fluid-solid coupling level set method(LSM) Multi-physics model Vibration characteristics
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A robust algorithm for moving interface of multi-material fluids based on Riemann solutions 被引量:2
17
作者 Xueying Zhang Ning Zhao 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2006年第6期509-519,共11页
In the paper, the numerical simulation of interface problems for multiple material fluids is studied. The level set function is designed to capture the location of the material interface. For multi-dimensional and mul... In the paper, the numerical simulation of interface problems for multiple material fluids is studied. The level set function is designed to capture the location of the material interface. For multi-dimensional and multi-material fluids, the modified ghost fluid method needs a Riemann solution to renew the variable states near the interface. Here we present a new convenient and effective algorithm for solving the Riemann problem in the normal direction. The extrapolated variables are populated by Taylor series expansions in the direction. The anti-diffusive high order WENO difference scheme with the limiter is adopted for the numerical simulation. Finally we implement a series of numerical experiments of multi-material flows. The obtained results are satisfying, compared to those by other methods. 展开更多
关键词 Multi-material fluids Ghost fluidmethod Riemann problem level set method WENO scheme
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三维非牛顿熔体前沿界面的Level Set/Ghost/SIMPLEC模拟
18
作者 崔鹍 欧阳洁 +2 位作者 郑素佩 阮春蕾 张伟 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期333-339,共7页
建立了三维粘性不可压非牛顿流体流动的控制方程,采用Level Set/Ghost/SIMPLEC方法模拟了注塑成型充模阶段的三维流动过程;追踪到了不同时刻的熔体前沿界面,预测并分析了流动过程中不同时刻的压力、速度等重要的流动特征参数,并与牛顿... 建立了三维粘性不可压非牛顿流体流动的控制方程,采用Level Set/Ghost/SIMPLEC方法模拟了注塑成型充模阶段的三维流动过程;追踪到了不同时刻的熔体前沿界面,预测并分析了流动过程中不同时刻的压力、速度等重要的流动特征参数,并与牛顿流体相应的流动特征参数做了对比。研究结果表明:Level Set/Ghost/SIMPLEC方法可以准确追踪非牛顿熔体前沿界面;幂律熔体在流动过程中的压差明显大于牛顿熔体的压差,沿横截面的速度分布也有明显的差别。 展开更多
关键词 level set方法 GHOST fluid方法 SIMPLEC方法 非牛顿熔体 三维前沿界面
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GHOST FLUID METHOD FOR RICHTMYER-MESHKOV INSTABILITY SIMULATION
19
作者 Jiang Yang Zhao Ning College of Aerospace Engineering, NUAA29 Yudao Street, Nanjing 210016, P.R.China 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2001年第z1期71-74,共4页
The ghost fluid method and the level set function is used to simulate the Richtmyer Meshkov instability of multi material flow interface in two dimensions. To keep the density profile from smearing out, the isobaric f... The ghost fluid method and the level set function is used to simulate the Richtmyer Meshkov instability of multi material flow interface in two dimensions. To keep the density profile from smearing out, the isobaric fix technique is used in numerical algorithms. 展开更多
关键词 GHOST fluid method level set EQUATION ISOBARIC FIX technique
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基于CLSVOF-IB方法海洋管道流固耦合特性研究
20
作者 崔祚 吴超 周后村 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第23期80-86,共7页
本文利用CLSVOF-IB方法研究海洋管道所受的流体作用力及其涡激振动特性,其中CLSVOF(Coupled Level-Set and VOF)方法用来模拟海洋自由波面,浸入边界(immersed boundary,IB)方法用于模拟海洋管道与流体之间的相互作用力。计算结果表明,CL... 本文利用CLSVOF-IB方法研究海洋管道所受的流体作用力及其涡激振动特性,其中CLSVOF(Coupled Level-Set and VOF)方法用来模拟海洋自由波面,浸入边界(immersed boundary,IB)方法用于模拟海洋管道与流体之间的相互作用力。计算结果表明,CLSVOF-IB方法能够准确分析海洋立管的流固耦合特性,可通过选择合适的管道直径和来流速度来解决管道的流致振动问题。此外通过改变流体傅汝德数(Fr数),结果还表明该数值方法能较好捕捉海洋管道与海洋自由波面的相互作用过程。 展开更多
关键词 海洋立管 流固耦合 clsvof方法 浸入边界法 涡激振动
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