油池火羽流特性的数值模拟

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细水雾灭空间不同位置油池火的数值模拟

细水雾灭空间不同位置油池火的数值模拟

关键 词 : 水 雾 ;计 算 流体 力 学 ;数 值 模 拟 细 中 图 分 类 号 : U8 , 3 T 9 X9 2 文献标识码 : A
文 章 编 号 :0 9 0 2 ( 0 6 0 —0 5 —0 1 0 — 0 9 2 0 )1 0 2 3
1பைடு நூலகம்引 言
细水 雾灭火 系统 以其 价格 低廉 、 环境 友好 、 良好 的 电绝 缘性 和 能有 效 降低 烟 气 毒 害等 优 点 , 年来 在 哈 近 龙替 代技术 中越来 越 受到 国 际消防界 的青 睐 。 因此 越 来越 多的 国 内外 研究 机构进 行 了细水 雾 灭火方 面 的研
水 雾 对 喷 头 正 下 方 的 火 源 灭 火 效 果 最 好 , 灭 火效 果 随 火 源 距 且
离喷 头 横 向 距 离的 增 加 而 减 弱 。
× 0 6m, 0 2m, 率 为 3 0k 的 油池 火源 , 火 . 高 . 功 6 W 在 源上 方 0 3m、. 1 0m、 . 2 0m、 . 0 5m、. 1 5m、 . 处分 别 放 置热 电偶 , 正上 方 2 8m 处 有一 细水 雾喷 头 。 .
现象予 以考 虑相 当 困难 。 火 灾场 模拟 作为计 算 流体 力学 ( F 在建 筑 中烟 C D) 气及热 气传 导 的数值模 拟 , 到 了广 泛 的应用 。 得 目前对 于火焰 引起 的湍 流 比较可靠 的数值模 拟方 法是 使 用大 涡仿真 【 ( r ee d i lt n L S ) 4 1 g d ys a muai ( E ) 。它 可 以得 到 o 真 实 的瞬 态 流场 且精 确 度 相 当高 , 而计 算 工 作量 比直 接 数值 模 拟 却小 得 多 , 现 有 条 件下 模 拟 高 雷诺 数 的 是 紊 流流 动 的最佳方 法 。

庚烷池火羽流热反馈效应理论分析和仿真研究

庚烷池火羽流热反馈效应理论分析和仿真研究

第17卷 第11期 中 国 水 运 Vol.17 No.11 2017年 11月 China Water Transport November 2017收稿日期:2017-08-07作者简介:张必彦(1988-),女,湖北武汉人,工学硕士,中国人民解放军91550部队助理工程师,研究方向为测试技术。

庚烷池火羽流热反馈效应理论分析和仿真研究张必彦1,罗 斌2,李良才2(1.中国人民解放军91550部队,辽宁 大连 116023;2.中国舰船研究设计中心,湖北 武汉 430000)摘 要:火焰羽流热反馈是火灾发生过程中能量传递的一种重要形式,是火势发展和蔓延的重要影响因素,具有重要的理论研究和工程应用价值。

本文以开放空间庚烷油池火燃烧为例,在池火燃烧热平衡方程分析的基础上建立了火焰羽流热反馈简化模型,并提出了火羽流热反馈效应的计算公式;建立庚烷油池火CFD 模型,对油池火的火灾特性参数以及火焰羽流热反馈效应进行仿真分析,对理论分析结果进行仿真验证。

研究结果表明:1m 2庚烷油池火燃烧过程中,由火羽流热辐射和热对流效应引起的油池质量损失率的变化约占总的质量损失率的53%和37%,是影响液体火灾发生发展的重要因素。

关键词:火焰羽流热;燃烧;仿真;液体火灾中图分类号:TU998 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2017)11-0028-03一、引言火焰羽流热辐射和热传递特性与火灾的发生发展密切相关,它既是火灾蔓延的基础,又是造成人员伤亡的直接原因之一,因此开展火灾中热辐射和热传递规律理论研究能够为舰船火灾消防和防火结构化设计提供参考,具有重要的现实意义。

油池火作为最具代表性的火灾燃烧形式,能够反映火灾的发生发展规律,受到了国内外学者广泛关注。

基于油池火热辐射和热传递规律的研究在油池火焰与燃料间的热对流、热辐射和热传导作用的理论和仿真分析基础上,系统分析油池火热效应的影响因子,深入探讨油池火热反馈及热传递对火灾发生发展、火灾蔓延和人员逃生等的影响,对火灾热辐射和热传递特性的研究分析具有重要指导意义。

油池火羽流特性的数值模拟

油池火羽流特性的数值模拟

油池火羽流特性的数值模拟摘要:本文利用火灾动力学模拟软件(FDS)软件对油池火灾中火羽流特性进行了模拟分析。

并采用Heskestad提出的计算方法,对火羽流的虚点源、火焰高度、火羽流中心线上的平均温度以及平均速度等进行了计算。

并与基于实验的McCaffrey模型进行对比分析了火羽流中心线上的平均温度,并将数值模拟结果和理论预测值进行比较。

从中可以发现,模拟的结果在趋势上和理论计算是相一致的,但是也呈现了一定的差别。

关键词:油池火灾羽流中心线温度数值模拟0 引言火羽流是火灾的初始基本形态,在竖直方向上,火羽流可分为3个较为明显的区域,即连续火焰区、间歇火焰区和浮力羽流区。

羽流中心线温度和羽流中心线速度是火羽流的重要特征参数,因而一直是人们关注和研究的热点。

目前,许多学者对此做了大量的实验研究[1-8],其中McCaffrey[2]通过实验将羽流中心线上的平均温度随高度的变化和平均速度随高度的变化分为了三个区域,即稳定火焰区、间歇火焰区和浮力羽流去。

并且随着随着经济的发展,现有的消防规范无法适应现代的各种特殊建筑,性能化建筑防火分析与设计应运而生,(Fire Dynamics Simulator)作为建筑火灾发展过程计算模拟的主要工具,也得到了越来越广泛的应用。

本文通过采用模拟油池火,并将模拟的结果和McCaffrey模型进行对比分析,主要分析了火焰中心线上的平均温度和平均速度。

2 理论基础2.1 虚点源Heskestad的理论模型中认为虚点源的表达式为式中,D为火源直径或当量直径,m;Q为火源的热释放速率,KW。

2.2 自由扩散火焰的平均火焰高度间歇性函数I(z)的值随着高度的增大而由恒定值I逐渐减少,最终为零。

平均火焰高度指的是间歇性函数I(z)的值降为0.5时所对应的可燃物表面以上的火焰高度。

Heskestad等分析了多种来源的实验数据,给出了如下描述无量纲火焰高度表达式为:对于标准状态下的火焰高度表达式为(3)式中L、D的单位为m;的单位为KW。

野外组合式软体油囊油料火灾发展规律数值模拟

野外组合式软体油囊油料火灾发展规律数值模拟

灾事故热辐射的影响范围。
用湍流燃烧模型、热辐射模型以及烟气模型,利用 FLACS 模拟
以上研究大多针对固定场地、金属油罐(池)开展 ,为
直径 0.5 m 的小尺度油池火燃烧和大尺度野外组合式软体油囊油
了找出野外条件下组合式软体油囊油料火灾发展规律 ,

料泄漏起火。结果表明:油池火燃烧最大热辐射通量分布并不以
式中 :χ1 为反应物共存的概率 ;χ 2 为加热程度 ;χ 3 为缺失限
算火灾热辐射量。该模型是解决含参与介质辐射传递问
制反应。
题的一种常用方法。DTM 的主要优点是计算精确、尺度
·
m 可以表示为式(3)。
灵活,
同时还可用于求解共轭传热问题。由于在计算开始
m =m * γ *
·
·
(3)
·*
时,
正确的初始强度是未知的,
编辑
Y
电脑
XF-D
排图文
FYC
校对

GMCC
修改时间:2021 年 06 月 02 日 18:00:41
3
2
防灾减灾评估
野外组合式软体油囊油料火灾发展规律数值模拟
王春辉,蒋新生,张
霖,余彬彬,蔡运雄,王子拓,何东海
(陆军勤务学院油料系,重庆 401331)

要:针对油料火灾燃烧特性,
基于油料燃烧实验结论,选
油性能优良的高分子弹性体材料制成的软质储液容器。
野外组合式软体油囊系统由若干个具有收、发、储油功能
的软体油囊组成,
主要用来在野外储存和收发汽油、煤油、
柴油等轻质油料 ,同时也可以给车辆加油和灌桶 ,在应急
抢险、抗震救灾等非战争军事行动及现代军事行动中大量

油藏数值模拟的基本数学模型3

油藏数值模拟的基本数学模型3

黑油模型
三维三相黑油模型
黑油模型又称β模型,实际是组分模型的一个特例——油气水三组分模型。它用两个组 分来近似描述碳氢体系多相流系统,一个组分是不可挥发油组分(黑油),另一个是 能够溶解于油相的气组分(以甲烷为主),常规黑油模型一般只考虑油和气只发生一 种相转换,即油不能汽化,但气可以从油中出入。 油组分是指将地面原油在地面标准状况下经分离器分离后所残存的液体,气组分是指 全部分离出来的天然气。 建模条件:油气水三相等温Darcy渗流;气体的溶解和逸出瞬时完成,不许凝析和反 凝析;油水间不互溶;气一般不溶于水(小);一般水为湿相,油为中等润湿,气为 非湿相。 考虑重力、毛管力。 Black Oil Model目前发展最完善,最成熟,油田广泛应用。
黑油数学模型
(1) 运动方程: KK ro 油相: Vo
o
P
o
( o g gd g )D ,D 为海拔深度 ( g g )D
气相: Vg 水相: Vw (2)
KK rg
g
KK rw
P
g
w
Pw ( w g )D
连续性方程:
控制体内流体存储量变化量:
dxdydzdt t
源汇项:
注入:q——”+” 采出:q——”_”
qdxdydzdt
x、y、z三个方向连续性方程直角坐标形式 :
v x v y v z dxdydzdt qdxdydzdt dxdydzdt y z t x v x v y v z q t y z x div( v ) q ( v ) q t
3、考虑渗流的区域、区域的几何特征、渗透性、储容性、渗流方式, 选择描述的自变量,确定建模假设条件等。 4、数学模型是对油藏渗流系统的近似。

不同工况下细水雾灭火效能影响的数值模拟

不同工况下细水雾灭火效能影响的数值模拟
灭 火系统 设计
不 同工 况 下 细 水 雾 灭 火 效 能影 响 的数 值 模 拟
张 健 青 。
( . 国矿 业 大学 ( 1中 北京 )资 源与安 全 工程 学院 , 北京 1 0 8 ; 0 0 3
2 中 国石 油化 工股份 有 限公 司 胜利 油 田分公 司 , . 山东 东营 2 7 0 ) 5 0 1
2 模 拟 结 果及 分 析
中 图分 类 号 : 9 4 4 T 9 X 2 . , u8 2
文 献 标 志码 : B
文 章 编 号 :0 9 0 9 2 1 ) 3 O 7 一 O 1 0 —0 2 ( 0 2 O 一 2 5 3
为 了提 高 细 水 雾 灭 火 效 能 ,影 响 。 模 拟 结 果 表 明 : 细 水 雾 与 火 焰 相 互 在
作 用 过 程 中粒 径 分 布 对 灭 火 效 能 影 响 显 著 ; 水 雾 在 粒 径 小 于 细
1 0 m 时 不 能 实现 有 效 灭 火 ; O 当粒 径 为 2 0 0 m 时 细 水 0 ~4 0
7 4
0 0 .1
10 204 0 0/0 /0
6。 0
1 5
室 内在 人 员 呼 吸 高 度 1 5m 处 和 距 离 油 池 表 面 0 1 . . m 处 设 定 两处 测 点 , 定 细 水 雾 与 火 焰 相 互 作 用 过 程 参 测 数 变 化 。计 算 模 拟 不 同粒 径 对 细 水 雾 灭 火 过 程 造 成 的影 响 , 定 网格 尺 寸 为 0 1m×0 1m×0 1m, 始 温 度 为 设 . . . 初 2 5℃ , 力 为标 准 大气 压 。 压
表 1 喷 头 参 数 项目 设 定 值 启 动 温 度 偏 移 半 径 平 均 粒 径 喷 射 角度 入 射 速 度

隧道火灾中火羽流特性的数值模拟

隧道火灾中火羽流特性的数值模拟
摘 要 : 用 F u n 软 件 对 隧道 火 灾 中 火羽 流特 性 进 行 了 利 le t
模 拟 分析 , 究 了隧 道 坡 度 对 火羽 流 的 影 响 , 前 人 所 进 行 的 研 与
动 方 : _8, [o o] 量程 p 82,u _ /u i (+ )
罟 lO) ( u+2P j —e 』 5g 十
S r c me r等 人 在 2 0 tu k i e 0 4年 It .Nu r n.J me.Meh t. F ud lis上 发 表 的题 为 “ d ln n i lt n o Mo el g a d s i muai f o f e e i etn e ” i s nv hc u n l 的文章 , N一 r i l s 对 . S方程 进行低 马
( 2 )
D t一
() _ 罢
( 3 )
熹( s + ∑ ∑ V + s . t )
随着世 界经济 的发 展 , 们对 交通 、 人 运输 的要求 越 来越 高 。地 铁 、 路 、 车穿 山隧道 甚至 海底 隧道不 断 公 火
出现 , 以缓解 日益增 长 的交通 压力 。 而地铁 运 营安全 是 非常 突出 的问题 , 隧道 内空 间 相对 封 闭 , 散条 件差 , 疏
称分布将被破坏 R f l a et 0— a d r 等人研 a e B l s rsT j ua a l e a
究 了 隧 道 坡 度 对 火 灾 时 隧 道 通 风 的 影 响 。G. T.
Atis na dY. kn o n wu对倾 斜 隧 道 烟 气 排 放 的 临界 速
方形 成热 羽流 , 羽流 上升且 不断 卷吸周 围 的冷空气 。 热
当热羽 流上 升至 顶篷 时 , 将会 形 成 两股 气 流 分别 以相 反 的方 向沿 着隧 道顶棚 传播 。如果 火源两 侧 的建筑 结 构 和障 碍物 是对 称 分布 , 理论 上 上 升 的热 羽流 和 两 股 气 流也应 该是对 称分 布的 。 . L H.Hu等人 研 究 了火 灾

大型储油罐区液池火灾热辐射数值模拟解析

大型储油罐区液池火灾热辐射数值模拟解析

10360.61D(1)式中:H为火焰高度,m;D为液池当量直径,m;dm/dt为单位表面积燃烧速度,kg/(m2·s);ρa为周围的空气密度,kg/m3;g为重力加速度,9.8m/s2。

.2火焰表面热辐射假设池火火焰为圆柱体形状,燃烧产生的热量从圆柱体形火焰的侧面和上底面均匀地向外辐射,则池火火焰表面热辐射通量E如式(2)所示。

E=DHfcdt(D+4H)(2)式中:E为火焰表面热辐射通量,W/m2;Hc为液体燃烧热,J/kg;f为热辐射系数,可取f=0.1。

.3目标入射热辐射通量有烟情况下,目标入射热辐射通量Ef见式(3)所示。

E-D/L-/f=Em(eξ)+Eξξ(1-eDL)(3)式中:Em为火焰表面最大热辐射通量,W/m2;Lξ为热辐射功率特征长度;Eξ为烟表面热辐射能,取20kW/m2。

油罐区概况以10万m3储油罐区为例。

假设罐区长332m,宽20m,防火堤高2m。

罐区内有6个10万m3储罐。

罐直径为80m,高21.8m,被长、宽均为110m的隔堤隔开。

罐区结构及储罐分布如图1所示。

假设气象条件为:风速1.5m/s,考虑最恶劣状况,风向吹向监测位置;大气稳定度为D级;气温为20℃;日照辐射为0.5kW/m2。

假设1号储罐发生泄漏,汽油流入隔堤,并在隔堤内发生燃烧,而并未引燃罐中储油。

液池当量直径D的算法如式(4)所示。

D=(4S/3.14)0.5(4)式中:S为液池表面面积,m2。

计算模拟.1对周边储罐的影响将池火周围的储罐按照距离远近划分为3类,分别命名为:第一邻近储罐,如图1中距离池火最近的2号和号罐;第二邻近储罐,如图1中5号罐;第三邻近储罐,不考虑被其他储罐所遮挡住的罐体,如图1中6号罐。

.1.1第一邻近储罐以2号罐为例,其距池火中心72m。

假设风吹向2号罐,罐体各部分受到的热辐射值如表1所示。

因为罐FireScienceandTechnology,October2012,Vol31,No.1011223343图1储罐区简图周环形平台上可能有其他构建物,故将高度算至26m。

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油池火羽流特性的数值模拟
摘要:本文利用火灾动力学模拟软件(FDS)软件对油池火灾中火羽流特性进行了模拟分析。

并采用Heskestad提出的计算方法,对火羽流的虚点源、火焰高度、火羽流中心线上的平均温度以及平均速度等进行了计算。

并与基于实验的McCaffrey模型进行对比分析了火羽流中心线上的平均温度,并将数值模拟结果和理论预测值进行比较。

从中可以发现,模拟的结果在趋势上和理论计算是相一致的,但是也呈现了一定的差别。

关键词:油池火灾羽流中心线温度数值模拟
0 引言
火羽流是火灾的初始基本形态,在竖直方向上,火羽流可分为3个较为明显的区域,即连续火焰区、间歇火焰区和浮力羽流区。

羽流中心线温度和羽流中心线速度是火羽流的重要特征参数,因而一直是人们关注和研究的热点。

目前,许多学者对此做了大量的实验研究[1-8],其中McCaffrey[2]通过实验将羽流中心线上的平均温度随高度的变化和平均速度随高度的变化分为了三个区域,即稳定火焰区、间歇火焰区和浮力羽流去。

并且随着随着经济的发展,现有的消防规范无法适应现代的各种特殊建筑,性能化建筑防火分析与设计应运而生,(Fire Dynamics Simulator)作为建筑火灾发展过程计算模拟的主要工具,也得到了越来越广泛的应用。

本文通过采用模拟油池火,并将模拟的结果和McCaffrey模型进行对比分析,主要分析了火焰中心线上的平均温度和平均速度。

2 理论基础
2.1 虚点源
Heskestad的理论模型中认为虚点源的表达式为
式中,D为火源直径或当量直径,m;Q为火源的热释放速率,KW。

2.2 自由扩散火焰的平均火焰高度
间歇性函数I(z)的值随着高度的增大而由恒定值I逐渐减少,最终为零。

平均火焰高度指的是间歇性函数I(z)的值降为0.5时所对应的可燃物表面以上的火焰高度。

Heskestad等分析了多种来源的实验数据,给出了如下描述无量纲火焰高度表达式为:
对于标准状态下的火焰高度表达式为
(3)
式中L、D的单位为m;的单位为KW。

上式的适用范围为7<700K。

2.3 自由扩散羽流中心线上平均温度
许多学者对火焰上方的浮力羽流进行了实验研究,发现中心线上的平均温度和平均速度遵循下列关系。

不同热释放速率下火焰中心线上的温度和垂直速度的实验值与理论值对比图如图1和图2所示。

3 FDS模拟计算
3.1 数值模拟
随着计算机技术的快速发展,数值模拟技术也随之不断的发展。

由于隧道火灾的实验研究过程受限,要进行全尺寸实验或缩小尺寸的模型实验都需要消耗大量的人力和物力,进而使得数值模拟技术在隧道火灾方面的应用也越来越广,为隧道火灾的研究提供了一种有效的方法。

目前主要的火灾发展模型有区域模拟、网络模拟和场模拟。

本文中采用5.0来实现对隧道火灾的模拟。

其中5.0为美国国家标准研究所(NIST:National Institute of Standards and Technology)建筑火灾研究实验室(Building and Fire Research Laboratory)开发的模拟火灾中流体运动的计算流体动力学软件。

该软件采用数值方法求解受火灾浮力驱动的低马赫数流动的NS方程,重点计算火灾中的烟气和热传递过程。

3.2 计算模型
如图3所示,本文中采用的火源为0.4×0.4m的正方形火源,单位面积火源单位面积火源功率分布取57.5KW。

计算区域为1.8×1.8×3.0m,火源位于计算区域底部中心,尺寸为0.4×0.4×0.1m,网格大小为0.02m。

计算时间为90s,结果取10~90s的平均值。

顶部与四周均为开口,环境风速为0。

即虚点源位于可燃物表面下方0.2574m的位置。

火焰高度采用计算公式
结合FDS的温度分布图如图可以看出,计算出来的火焰高度和模拟的火焰高度几乎一致。

4.2 羽流中心线温度分布
按照火羽流中心线上平均温度与环境温度之差随高度的变化的计算公式为:
其中Z为0到3m,为对流热流量,假设=0.7Q=6.44KW,=-0.2574m,T 单位为℃。

采用matlab编程可以得到火羽流中心线上的平均温度分布图,如图6所示。

其中图4、5为FDS模拟的羽流中心线上的平均温度分布图。

通过理论计算和数值分析可以看出在火焰的上方随着高度的增高,羽流中心线上的温度有所降低。

由FDS模拟的情况和理论模型计算的情况大致相同。

只是通过理论计算的最大温度大于FDS模拟的温度,通过FDS模拟的最大温度为597.920C,而理论模型计算的最大温度为8100C.这可能是由于模拟中还存在一些影响因素在模拟的过程中还没有加以考虑。

7火羽流中心线上平均温度随高度的变化
4.3 羽流中心线速度分布
火羽流中心线上的平均速度随高度的变化的计算公式为:
其中Z为0到3m,为对流热流量,假设=0.7Q=6.44KW,=-0.2574m,T单位为℃。

采用matlab编程可以得到火羽流中心线上的平均温度分布图,如图10所示。

其中图8、9为FDS模拟的羽流中心线上的平均速度分布图。

通过理论计算和数值分析可以看出在火焰的上方随着高度的增高,羽流中心线上的速度有所降低。

FDS模拟的结果表面在羽流区间先是速度有所增加,接着速度开始随着高度的增加而降低。

将数值模拟的结果,通过无量纲化可以得出火羽流中心线上平均温度随高度的变化图,如图7所示。

其中横坐标采用,纵坐标为,均采用对数坐标轴。

可以看出与温度分布类似,火焰结构也可以大致分为三个区域:连续区、间隙区和羽流区,由于油池火燃烧的过程中是需要考虑很多因素的,但是在FDS中并未全部考虑进去,所以模拟的情况和真实值还是存在一定的差值。

5 结论
通过利用火灾动力学模拟软件(FDS)软件对油池火灾中火羽流特性进行了模拟分析。

采用Heskestad提出的计算方法,对火羽流的虚点源、火焰高度、火羽流中心线上的平均温度以及平均速
度等进行了计算发觉计算的平均火焰高度和模拟的结果基本一致,羽流中心线上的温度随高度的分布和羽流中心线上的速度随高度的分布和FDS模拟的趋势是一致的,但是理论情况中的羽流中心线上的最大温度比FDS模拟的结果更
大一些。

与此同时与基于实验的McCaffrey模型进行对比分析了火羽流中心线上的平均温度和平均速度随高度的变化,发觉同样呈现出三个区域即稳定火焰区、间歇火焰区和浮力羽流区。

参考文献:
[1] Hasemi Y,NishataM.Fuel shape effect on the deterministic properties of turbulent diffusion flames [C]/ /Proceeding of the Second International Symposium,Fire Safety Science.1989:275-284.
[2] McCaffrey B J.Purely Buoyant Diffusion Flames:Some Experimental Results[M].Washington DC:National Bureau of Standards,1979.
[3] 霍然,胡源,李元洲.建筑火灾安全工程导论[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1999.
[4] Karlsson B,Quintiere J G.Enclosure Fire Dynamics [M].Florida:CRC Press LLC,2000.
[5] Heskestad G.Fire Plume SFPE Handbook of Fire Protection Engineering[M]. Massachusetts:National Fire Protection Association,1995.
[6] 陈志斌,胡隆华,霍然等.基于图像亮度统计分析火焰高度特征[J].燃烧科学与技术,2008, 14(6):557-561
[7] DavisWilliam parison of Algorithms to Calculate Plume Centerline Temperature and Ceiling Jet Temperature with Experiments [M].Washington DC:National Bureau of Standards,1979.
[8] 程远平,陈亮,张孟君.火灾过程中羽流模型及其评价[J].火灾科学, 2002,11(3):132-136
[9] NFPA Fire Protection Handbook,Smoke movement in buildings[M].18.Auflag,Boston 1997.
[10] 李元州.中庭式大空间建筑火灾烟气流动与控制研究[D].中国科学技术大学博士学位论文,2001.。

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