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  時(shi)間:2023-5-17 08:20:01

雙(shuang)鈍體(ti)渦街(jie)流量(liang)計流(liu)體振(zhen)動特(te)性試(shi)驗

摘(zhai)要:F雙(shuang)鈍體(ti)旋渦(wo)脫離(li)的流(liu)體動(dong)力學(xue)特性(xing)以及(ji)利用(yong)雙鈍(dun)體增(zeng)強流(liu)體振(zhen)動的(de)最佳(jia)組合(he)結構(gou)。給出(chu)了⛱️多(duo)種鈍(dun)體組(zu)合結(jie)構⛷️的(de)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)的試(shi)驗結(jie)果,表(biao)明雙(shuang)鈍體(ti)結構(gou)具有(you)常定(ding)的👨‍❤️‍👨斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數。用(yong)50mm口徑(jing)渦街(jie)流量(liang)計 進(jin)行的(de)試驗(yan)證明(ming),雙鈍(dun)體組(zu)合在(zai)一定(ding)的條(tiao)件下(xia)能獲(huo)💋得理(li)想的(de)旋渦(wo)重疊(die),從而(er)增強(qiang)流體(ti)的振(zhen)動。在(zai)鈍體(ti)的軸(zhou)對稱(cheng)點🥵上(shang),還觀(guan)察🐆到(dao)強度(du)和頻(pin)率相(xiang)同,相(xiang)位🐇相(xiang)差180°的(de)流體(ti)振動(dong)點,利(li)用優(you)化的(de)雙鈍(dun)體結(jie)構和(he)差動(dong)傳感(gan)技術(shu),研制(zhi)出小(xiao)流量(liang)靈敏(min)度和(he)抗幹(gan)擾性(xing)能很(hen)好的(de)新型(xing)旋渦(wo)流量(liang)計。
0前(qian)言
  斯(si)特勞(lao)哈爾(er)和馮(feng)·卡門(men)對鈍(dun)體繞(rao)流所(suo)做的(de)開拓(tuo)性研(yan)究揭(jie)示了(le)旋渦(wo)脫離(li)的基(ji)本特(te)征和(he)規律(lü),即:當(dang)流體(ti)流經(jing)鈍體(ti)時,尾(wei)流💯中(zhong)将㊙️形(xing)成旋(xuan)渦流(liu)型,旋(xuan)渦從(cong)鈍‼️體(ti)兩側(ce)🌏交替(ti)地☁️脫(tuo)離,并(bing)在---個(ge)較🔆寬(kuan)的雷(lei)🌈諾數(shu)範圍(wei)内,有(you)常定(ding)的量(liang)綱一(yi)的脫(tuo)落頻(pin)率❌,即(ji)斯特(te)勞👌哈(ha)爾爲(wei)常數(shu)。這表(biao)明旋(xuan)渦脫(tuo)落的(de)頻率(lü)與平(ping)均流(liu)速成(cheng)正比(bi)。
Roshkol21的研(yan)究給(gei)出了(le)更爲(wei)明确(que)的結(jie)果,即(ji)在雷(lei)諾數(shu)處于(yu)300<Re<2X105的範(fan)圍内(nei)時,斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數保(bao)持在(zai)0.2左右(you),他還(hai)首次(ci)提出(chu)了利(li)🌏用斯(si)✍️特勞(lao)哈爾(er)數的(de)常定(ding)範圍(wei)來制(zhi)造流(liu)量計(ji)的設(she)想。20世(shi)紀70年(nian)代初(chu),商品(pin)化的(de)渦💃🏻街(jie)流量(liang)計在(zai)日本(ben)出現(xian)。近30年(nian)的工(gong)業應(ying)用證(zheng)明了(le)渦街(jie)流量(liang)計在(zai)穩定(ding)流體(ti)計🛀🏻量(liang)中的(de)可靠(kao)🔞性和(he)精确(que)性㊙️,它(ta)的主(zhu)要優(you)⭕點還(hai)包括(kuo)精⭕度(du)高、線(xian)性度(du)好、介(jie)🐆質适(shi)應性(xing)寬和(he)💘性能(neng)可靠(kao)(無運(yun)動部(bu)件)3]。然(ran)而,渦(wo)街流(liu)量計(ji)存在(zai)的流(liu)量下(xia)🔞限高(gao)和抗(kang)幹擾(rao)性能(neng)🔞差等(deng)問題(ti),使它(ta)喪💯失(shi)🍉了許(xu)多潛(qian)在的(de)應用(yong)🐉領域(yu),如:量(liang)大面(mian)廣的(de)💜天然(ran)氣商(shang)業計(ji)量以(yi)㊙️及流(liu)速和(he)壓力(li)不✔️穩(wen)定的(de)測量(liang)系統(tong)。
爲了(le)将渦(wo)街流(liu)量計(ji)應用(yong)于不(bu)穩定(ding)流體(ti)的計(ji)量,本(ben)文利(li)用鈍(dun)體組(zu)合強(qiang)化旋(xuan)渦脫(tuo)落誘(you)發流(liu)體振(zhen)動的(de)🌏理論(lun)研究(jiu)基礎(chu)上,設(she)計出(chu)雙鈍(dun)體渦(wo)街流(liu)量計(ji) 試驗(yan)樣機(ji):通過(guo)試驗(yan)獲得(de)了雙(shuang)鈍體(ti)的最(zui)優組(zu)合結(jie)🥵構及(ji)參數(shu)🐕;分🤟析(xi)了鈍(dun)體組(zu)合對(dui)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)的影(ying)響;同(tong)🚩時在(zai)後鈍(dun)♍體的(de)軸對(dui)稱點(dian)上,還(hai)觀察(cha)到強(qiang)度和(he)❓頻率(lü)相同(tong),相位(wei)相差(cha)180°的流(liu)體振(zhen)動點(dian),這些(xie)研究(jiu)結果(guo)爲研(yan)制具(ju)有良(liang)好抗(kang)幹擾(rao)性能(neng)💘和小(xiao)流量(liang)靈敏(min)度的(de)雙鈍(dun)體差(cha)動式(shi)渦街(jie)流量(liang)計提(ti)供了(le)依據(ju)。
1雙鈍(dun)體渦(wo)街流(liu)量計(ji)的原(yuan)理
雙(shuang)鈍體(ti)渦街(jie)流量(liang)計的(de)基本(ben)設計(ji)思路(lu)是利(li)用前(qian)鈍體(ti)和後(hou)鈍體(ti)引發(fa)的旋(xuan)渦脫(tuo)離現(xian)象,通(tong)過試(shi)驗獲(huo)得使(shi)旋渦(wo)在後(hou)鈍體(ti)周圍(wei)實現(xian)同相(xiang)位疊(die)加的(de)最佳(jia)鈍👣體(ti)組合(he),使流(liu)體振(zhen)動得(de)到加(jia)強🔱,降(jiang)低計(ji)量的(de)下限(xian),同時(shi)利用(yong)鈍體(ti)兩側(ce)的流(liu)體振(zhen)動具(ju)有180°相(xiang)位♍差(cha)的特(te)點,用(yong)差動(dong)式傳(chuan)感器(qi)抑制(zhi)共模(mo)幹擾(rao)信号(hao)的方(fang)法,提(ti)高🌈流(liu)量計(ji)的抗(kang)幹💰擾(rao)性能(neng),圖1所(suo)示爲(wei)雙鈍(dun)體渦(wo)街流(liu)量🌈計(ji)的原(yuan)理。
 
2試(shi)驗裝(zhuang)置
圖(tu)2所示(shi)爲試(shi)驗裝(zhuang)置及(ji)測試(shi)系統(tong)原理(li)。
 
試驗(yan)裝置(zhi)爲氣(qi)體流(liu)量試(shi)驗系(xi)統,它(ta)由5個(ge)部分(fen)組成(cheng)♊。I一流(liu)👣場⚽波(bo)動模(mo)拟裝(zhuang)置,用(yong)于實(shi)驗室(shi)條件(jian)下模(mo)拟流(liu)場波(bo)🐕動;II一(yi)試驗(yan)👄表體(ti);II一标(biao)準流(liu)量校(xiao)正裝(zhuang)置,本(ben)試驗(yan)台采(cai)用臨(lin)界流(liu)文丘(qiu)利㊙️噴(pen)嘴流(liu)量計(ji)作爲(wei)校準(zhun)其他(ta)儀表(biao)的基(ji)準;IV一(yi)負壓(ya)🙇‍♀️産生(sheng)裝置(zhi),本試(shi)驗台(tai)通過(guo)真空(kong)泵産(chan)生負(fu)壓🐪,使(shi)試驗(yan)台的(de)入口(kou)和出(chu)口♋之(zhi)間産(chan)生一(yi)個壓(ya)差,這(zhe)樣🌈就(jiu)形成(cheng)一個(ge)小型(xing)風洞(dong)。真空(kong)泵電(dian)🌈動機(ji)額定(ding)功率(lü)☂️爲11kW,額(e)定轉(zhuan)速爲(wei)🌈1450r/min;V一計(ji)算機(ji)測試(shi)系統(tong),主要(yao)🐆由電(dian)荷放(fang)大器(qi)、DAC-TRON公司(si)Photo便攜(xie)式動(dong)态信(xin)号分(fen)💯析儀(yi)(該分(fen)析儀(yi)的主(zhu)要特(te)性和(he)性能(neng)指标(biao):4個輸(shu)入通(tong)道,一(yi)個輸(shu)🈲出通(tong)道;120MHzTMS320VC33DSP,21kHz處(chu)理率(lü);32位浮(fu)點DSP;ICP傳(chuan)感器(qi)供電(dian);USB接口(kou),支持(chi)熱插(cha)拔;質(zhi)量小(xiao)于200g,抗(kang)振動(dong)外殼(ke))及計(ji)算機(ji)所組(zu)成。
試(shi)驗台(tai)的臨(lin)界流(liu)文丘(qiu)利噴(pen)嘴測(ce)定裝(zhuang)置由(you)5個标(biao)準的(de)不✂️同(tong)噴✏️嘴(zui)流:量(liang)計組(zu)成,通(tong)過不(bu)同的(de)組合(he)方式(shi)可得(de)到5.5--220.5m³/h之(zhi)間的(de)流🐆量(liang)。試🌐驗(yan)的管(guan)道内(nei)徑50mm。
3試(shi)驗結(jie)果
試(shi)驗分(fen)爲兩(liang)個部(bu)分,1一(yi)雙鈍(dun)體組(zu)合渦(wo)街振(zhen)動頻(pin)率試(shi)驗;2一(yi)雙鈍(dun)體組(zu)合方(fang)式對(dui)渦街(jie)強度(du)的影(ying)響。試(shi)驗♍傳(chuan)感⛱️器(qi)如圖(tu)1所示(shi)對🌈稱(cheng)于後(hou)鈍體(ti)安裝(zhuang)。試驗(yan)表體(ti)直徑(jing)爲50mm。
 
典(dian)型的(de)渦街(jie)脈動(dong)信号(hao)如圖(tu)3所示(shi)。從信(xin)号的(de)時域(yu)信㊙️号(hao)可以(yi)🤞看出(chu)🐅。對稱(cheng)于後(hou)鈍體(ti)兩側(ce)渦街(jie)的脈(mo)動是(shi)反相(xiang)的,并(bing)有💞明(ming)顯的(de)周期(qi)性,其(qi)功率(lü)譜的(de)頻率(lü)分布(bu)很廣(guang)并有(you)一個(ge)明顯(xian)的峰(feng)值,該(gai)峰值(zhi)處頻(pin)📐率和(he)時域(yu)信号(hao)的主(zhu)波動(dong)是頻(pin)率是(shi)相同(tong)的。定(ding)義功(gong)率譜(pu)中該(gai)峰值(zhi)處的(de)頻率(lü)爲渦(wo)街的(de)主頻(pin)。下面(mian)所讨(tao)論的(de)渦街(jie)頻率(lü)指的(de)就是(shi)⚽渦✌️街(jie)的主(zhu)頻。
3.1雙(shuang)鈍體(ti)組合(he)渦街(jie)振動(dong)頻率(lü)試驗(yan)研究(jiu)
對于(yu)單鈍(dun)體渦(wo)街,在(zai)臨界(jie)雷諾(nuo)數之(zhi)上斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數是(shi)恒定(ding)的,這(zhe)是單(dan)鈍體(ti)渦街(jie)流量(liang)計的(de)測量(liang)基礎(chu)。雙鈍(dun)體渦(wo)街是(shi)否存(cun)在同(tong)🥰樣的(de)規律(lü)是雙(shuang)鈍體(ti)渦街(jie)❗流量(liang)計的(de)關鍵(jian)🐇。本部(bu)分🔱的(de)試驗(yan)研究(jiu)是爲(wei)尋找(zhao)當旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)是兩(liang)個三(san)角形(xing)時渦(wo)街的(de)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)是否(fou)發生(sheng)變化(hua)。本部(bu)分的(de)另一(yi)個目(mu)的是(shi)研究(jiu)鈍體(ti)的平(ping)行組(zu)合對(dui)渦街(jie)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)的影(ying)響。
試(shi)驗所(suo)用雙(shuang)鈍體(ti)組合(he)圖1所(suo)示,圖(tu)中的(de)前後(hou).鈍體(ti)的互(hu)💰相平(ping)行的(de),鈍體(ti)的組(zu)合方(fang)式是(shi)指兩(liang)個鈍(dun)體之(zhi)間的(de)距離(li)不🌂同(tong)情況(kuang)的組(zu)合。
試(shi)驗的(de)設計(ji)是對(dui)相同(tong)的鈍(dun)體組(zu)合在(zai)不同(tong)的流(liu)量情(qing)況🤟下(xia)進行(hang)試驗(yan)。以得(de)到不(bu)同組(zu)合下(xia)不同(tong)流量(liang)的測(ce)量數(shu)據。試(shi)驗的(de)采用(yong)數據(ju)如表(biao)所示(shi)。
流量(liang)的選(xuan)取不(bu)少于(yu)5個點(dian),并通(tong)過流(liu)量不(bu)完全(quan)相同(tong)的選(xuan)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻取來(lai)達到(dao)覆蓋(gai)較多(duo)流量(liang)範圍(wei)的目(mu)的。圖(tu)4a爲試(shi)驗所(suo)得的(de)🏃🏻各組(zu)雙鈍(dun)🍓體和(he)單鈍(dun)體斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數;圖(tu)4b是流(liu)量和(he)渦街(jie)頻率(lü)的關(guan)系曲(qu)線:圖(tu)4c爲各(ge)組雙(shuang)鈍體(ti)和單(dan)鈍體(ti)🔴斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)标準(zhun)偏差(cha)曲線(xian)。
從圖(tu)4a和圖(tu)4b中可(ke)以得(de)出如(ru)下結(jie)論。
雙(shuang)鈍體(ti)的斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數比(bi)單鈍(dun)體斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數大(da),不同(tong)組合(he)雙鈍(dun)體的(de)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)是不(bu)相同(tong).的。不(bu)同🏃🏻的(de)雙鈍(dun)體組(zu)合的(de)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)的波(bo)動不(bu)相
同(tong)的,其(qi)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)的标(biao)準偏(pian)差如(ru)圖4c所(suo)示。從(cong)圖4c中(zhong)可以(yi)💞知道(dao),雙鈍(dun)體的(de)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)波動(dong)是比(bi)較大(da)的,在(zai)L=50~46mm之間(jian)偏差(cha)與單(dan)鈍體(ti)偏差(cha)相當(dang)。
由4b圖(tu),該曲(qu)線的(de)線性(xing)度與(yu)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)标準(zhun)偏差(cha)相對(dui)應💛,當(dang)L=50~46mm時雙(shuang)鈍體(ti)流量(liang)--頻率(lü)曲線(xian)的線(xian)性度(du)較好(hao)。
綜上(shang)所述(shu),對于(yu)雙鈍(dun)體渦(wo)街流(liu)量計(ji)從測(ce)量的(de)線性(xing)👨‍❤️‍👨範🔞圍(wei)角🔱度(du)考🈲慮(lü)應選(xuan)擇L=50~46mm之(zhi)間的(de)組合(he)方式(shi)。
 
3.2雙鈍(dun)體組(zu)合方(fang)式對(dui)渦街(jie)強度(du)的影(ying)響
上(shang)面得(de)出雙(shuang)鈍體(ti)流量(liang)計最(zui)佳線(xian)性範(fan)圍條(tiao)件。流(liu)量計(ji)的㊙️另(ling)-一♈個(ge)重要(yao)的問(wen)題是(shi)渦街(jie)強度(du),其直(zhi)接影(ying)響🐇測(ce):量信(xin)号的(de)信🥰噪(zao)比♍。其(qi)對降(jiang)低量(liang)程下(xia)限有(you)重要(yao)的意(yi)義。
爲(wei)研究(jiu)雙鈍(dun)體組(zu)合對(dui)渦街(jie)強度(du)的影(ying)響。設(she)計了(le)如下(xia)試驗(yan)。試驗(yan)裝置(zhi)如圖(tu)1所示(shi);通過(guo)改變(bian)距離(li)L對鈍(dun)體進(jin)行組(zu)合💞并(bing)對♍該(gai)組鈍(dun)體❌在(zai)不同(tong)流量(liang)下進(jin)行試(shi)驗。試(shi)驗所(suo)使用(yong)的流(liu)量是(shi)✏️220.5m3/h,178.3m'/h,111.7m3/h,66.6m3/h等4組(zu)。使用(yong)的鈍(dun)體組(zu)合有(you)L=60mm,55mm,54mm,51mm,49mm,47mm,45mm,43mm,41mm,39mm,37mm,35mm,33mm,32mm,29mm等15個(ge)組合(he)。
進行(hang)強度(du)比較(jiao)之前(qian),需要(yao)對渦(wo)街的(de)信号(hao)特點(dian)進行(hang)😘分析(xi)并定(ding)出可(ke)以度(du)量強(qiang)度的(de)量。如(ru)圖3渦(wo)街信(xin)号是(shi)👄周期(qi)💃🏻性的(de)但其(qi)波動(dong)的幅(fu)值不(bu)等,故(gu)渦街(jie)的強(qiang)度需(xu)要從(cong)統計(ji).上進(jin)行比(bi)較。試(shi)驗中(zhong)制定(ding)的渦(wo)街強(qiang)度的(de)統計(ji)量爲(wei).
 
這裏(li)`y表示(shi)的是(shi)脈動(dong)壓力(li)信号(hao)平均(jun)的波(bo)動幅(fu)值,通(tong)過換(huan)♌算可(ke)得到(dao)渦街(jie)的平(ping)均脈(mo)動強(qiang)度。以(yi)後的(de)所有(you)有關(guan)強度(du)比較(jiao)都是(shi)♋以`y爲(wei)的度(du)量。
圖(tu)5a是試(shi)驗得(de)到渦(wo)街的(de)程度(du)在不(bu)同組(zu)合在(zai)不同(tong)流量(liang)下的(de)比較(jiao)曲線(xian),圖上(shang)的P0是(shi)通過(guo)`y換算(suan)而.來(lai)的,可(ke)以認(ren)爲是(shi)渦街(jie)的平(ping)均❤️脈(mo)動強(qiang)度。
圖(tu)5b是不(bu)同流(liu)量下(xia)的渦(wo)街平(ping)均脈(mo)動強(qiang)度最(zui)大的(de)放大(da)倍📧數(shu),這時(shi)定義(yi)
 
從不(bu)同組(zu)合在(zai)不同(tong)流量(liang)渦街(jie)強度(du)比較(jiao)曲線(xian)可以(yi)得到(dao)以下(xia)結論(lun):
雙鈍(dun)體對(dui)渦街(jie)的強(qiang)度有(you)加強(qiang)的作(zuo)用。在(zai)不同(tong)的流(liu)量下(xia)雙鈍(dun)👨‍❤️‍👨體👉對(dui)渦街(jie)的加(jia)強程(cheng)度是(shi)不一(yi)樣的(de)如圖(tu)6a所示(shi)。從qv---β可(ke)⚽以知(zhi)🔴道在(zai)不同(tong)🔞流量(liang)下渦(wo)街平(ping)均強(qiang)度最(zui)大的(de)放大(da)倍數(shu)是不(bu)相🧑🏽‍🤝‍🧑🏻同(tong)的,β在(zai)qv=130m3/h時達(da)到最(zui)大。
P0随(sui)L非線(xian)性變(bian)化,在(zai)L=45~54mm之間(jian)P0梯度(du)很小(xiao),即在(zai)該區(qu)域内(nei)L的變(bian)化對(dui)🌐渦街(jie)強度(du)的影(ying)響不(bu)顯著(zhe)。
渦街(jie)的強(qiang)度有(you)一個(ge)峰值(zhi)區域(yu)。當偏(pian)離這(zhe)個區(qu)域後(hou)渦✊街(jie)🌂的強(qiang)👄度🍓發(fa)生明(ming)顯的(de)衰減(jian)。該峰(feng)值區(qu)域與(yu)較小(xiao)P0梯度(du)區域(yu)重合(he)。
相同(tong)流量(liang)下,雙(shuang)鈍體(ti)渦街(jie)強度(du)始終(zhong)比單(dan)鈍體(ti)渦街(jie)大。在(zai)流🚩量(liang)不變(bian)情況(kuang)下,當(dang)雙鈍(dun)體渦(wo)街強(qiang)度接(jie)近單(dan)鈍體(ti)🏃🏻‍♂️渦街(jie)強度(du)時,微(wei)小的(de)L變化(hua)會導(dao)緻雙(shuang)鈍體(ti)卡門(men)渦街(jie)現象(xiang)的消(xiao)✌️失,即(ji)存在(zai)一個(ge)✊産生(sheng)雙鈍(dun)體卡(ka)門渦(wo)街的(de)臨界(jie)距離(li)Le,且Le與(yu)♌流量(liang)有關(guan),在Le處(chu)雙鈍(dun)體渦(wo)街強(qiang)度和(he)單鈍(dun)體🏃渦(wo)街強(qiang)度相(xiang)等。當(dang)L<Le該流(liu)量下(xia)雙鈍(dun)體卡(ka)🔆]渦街(jie)現象(xiang)将消(xiao)♍失。但(dan)Le是否(fou)與尺(chi)度相(xiang)關需(xu)要進(jin)一-步(bu)的研(yan)究。同(tong)樣随(sui)L不斷(duan)增長(zhang)是否(fou)也存(cun)在一(yi)個臨(lin)界距(ju)離🔞也(ye)需要(yao)進一(yi)步研(yan)究。
 
4結(jie)論
通(tong)過上(shang)述的(de)試驗(yan)研究(jiu),可以(yi)得出(chu)以下(xia)的結(jie)論:用(yong)雙鈍(dun)體🤞誘(you)🈲發卡(ka)🤟門渦(wo)街可(ke)以增(zeng)強渦(wo)街的(de)脈動(dong)平均(jun)強度(du),有利(li)于提(ti)高測(ce)量的(de)信噪(zao)比,降(jiang)低渦(wo)街流(liu)量計(ji)的測(ce)量下(xia)♌限。最(zui)大強(qiang)度鈍(dun)體的(de)組合(he)L=45~-54mm。
通過(guo)适當(dang)的選(xuan)擇鈍(dun)體的(de)組合(he),雙鈍(dun)體渦(wo)街流(liu)量計(ji)🔱的🏃‍♂️精(jing)度和(he)單💘鈍(dun)體渦(wo)街流(liu)量計(ji)是相(xiang)當的(de)。最佳(jia)線性(xing)度鈍(dun)體組(zu)合爲(wei)L=46~50mm。
綜上(shang)述,通(tong)過兩(liang)個三(san)角型(xing)鈍體(ti)組合(he)可以(yi)得到(dao)與單(dan)🥵鈍體(ti)🔱渦街(jie)流量(liang)計測(ce)量精(jing)度相(xiang)當但(dan)信号(hao)信噪(zao)比高(gao)、測量(liang)下限(xian)較低(di)的雙(shuang)鈍體(ti)渦街(jie)流量(liang)計。雙(shuang)鈍體(ti)的最(zui)佳組(zu)合方(fang)法是(shi)L=45~50mm之間(jian)。

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