检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王波长沙理工大学

学位级别：硕士

随着水路运输业的快速发展,船舶航运过程中对水体环境的影响逐渐引起人们的关注。一方面,船舶的排水量逐渐增加,船舶螺旋桨的大型化使得其射流流速及影响范围也逐渐增大;另一方面,船舶航行中其螺旋桨射流对水体产生一定的扰动,进而可能... 详细信息

随着水路运输业的快速发展,船舶航运过程中对水体环境的影响逐渐引起人们的关注。一方面,船舶的排水量逐渐增加,船舶螺旋桨的大型化使得其射流流速及影响范围也逐渐增大;另一方面,船舶航行中其螺旋桨射流对水体产生一定的扰动,进而可能引起床面泥沙扰动,床面表层沉积物受近床面水流脉动作用发生冲刷搬运及再悬浮,使泥沙内部的污染物释放进入上覆水体后引起水质污染。这种扰动程度在什么情况下会引起受污染的泥沙起动并向上覆水悬浮,以及扰动的影响范围需要进一步探讨,为此开展船舶螺旋桨射流流场的分析以及对床面泥沙的扰动影响研究,将有利于揭示船舶航行对河道底泥再悬浮及河床底泥受冲刷作用范围的规律,为河道航运开发管理及河道水环境治理与保护提供科学依据。采用声学多普勒三维流速仪对螺旋桨射流流场进行了测量,并利用CFD软件Fluent对螺旋桨射流流场进行了三维数值模拟计算和分析。借助激光三维地形仪扫描了螺旋桨射流对床面泥沙冲刷扰动后形成的冲刷地形,分析了其冲刷影响范围。主要得出以下结论:1.在螺旋桨转速、桨径、距离床面高度等不同试验工况下,螺旋桨射流发展至近床面时,近底横断面横向流速分布呈现单峰型,最大流速位于轴线上,随后向两侧快速衰减,随着距离轴线位置的增加,衰减速度开始减缓。拟合得到了近底横断面横向流速分布经验公式。2.不同工况下,近底流速轴向分量在轴线上的分布从螺旋桨桨面出来以后呈现先增加后迅减小的趋势。当转速、桨径和距离床面高度的增加时,近底最大流速值出现的位置距离螺旋桨平面越远。拟合得到了不同工况下近底最大流速距离桨面位置的经验公式。3.螺旋桨射流对床面扰动形成冲刷地形的演变过程中,冲刷地形的轴向长度、横向宽度和冲刷深度随着不同转速、不同桨径和距床面不同高度的变化而变化。冲刷地形的平面形态长宽比和冲刷地形底部特征剖面冲刷坡度长深比、宽深比随着冲刷时间的增加,呈现先减小后逐渐趋于稳定的变化趋势。在冲刷地形逐步趋于稳定时,得到不同工况下冲刷地形最终的长宽比、长深比、宽深比均值分别为1.54、13.52、8.88。4.数值模拟计算得到的螺旋桨射流流场整体形态大致呈现出以螺旋桨桨轴为中心的圆锥形分布。轴线上流速分布从螺旋桨平面出来后呈现出先增加后减小的趋势。在计算工况条件下,若以V/Vmax等于10%作为射流扩散界限,据此得出射流最大轴向扰动范围约为九倍桨径。横断面流速在距离螺旋桨一倍和两倍桨径断面为双峰型分布,断面流速最大值出现在桨轴线两侧。随后在距离桨后三倍桨径及更远的横断面,断面流速分布由双峰型向单峰型转变。

关键词：螺旋桨射流数值模拟近底流速分布冲刷范围

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螺旋桨射流流动特性的PIV实验研究

螺旋桨射流流动特性的PIV实验研究

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作者：方兆波华中科技大学

学位级别：硕士

螺旋桨作为一种推进器,广泛应用于船舶、潜艇等航行器中。其射流流场不仅影响着航行器的声学特性,还会冲刷海河床及码头,造成环境问题。因此,对螺旋桨射流流场特性的研究在声隐身领域和环境保护领域均具有重要意义。具体而言,本文开展... 详细信息

螺旋桨作为一种推进器,广泛应用于船舶、潜艇等航行器中。其射流流场不仅影响着航行器的声学特性,还会冲刷海河床及码头,造成环境问题。因此,对螺旋桨射流流场特性的研究在声隐身领域和环境保护领域均具有重要意义。具体而言,本文开展了以下几个方面的工作。 1、基于粒子图像测速技术搭建实验系统,结合双缸法与折射率匹配实现了密度分层流体环境的制备,消除了密度不同导致折射率随深度变化的问题。 2、开展均匀环境中螺旋桨射流二维流场的实验研究,获得了流场的瞬态及统计特性。结果表明:螺旋桨转速的极限决定着流场的流动形态,不同的流动形态下,其动量传递的特征及平均压力分布有显著差异。 3、开展均匀环境中螺旋桨射流三维流场的实验研究,重构了桨毂中心平面上的瞬态压力分布。结果表明:周期性涡流导致叶片附近交替出现局部高低压区域,使该区域压力脉动增加,成为影响螺旋桨射流声场特性的主导区域;利用漩涡强度2提取流场中瞬态涡的三维结构,发现涡结构在流场主要存在拉伸、弯曲和破碎行为。 4、开展密度分层环境中螺旋桨射流二维流场的实验研究,讨论分层环境对其流动特性的影响。结果表明:相较于均匀环境,其射流流场在流向出现坍塌;而浮力机制的存在,增强了螺旋桨射流的混合性能,加速了流动稳定区的建立;同时,分层环境的存在破坏了流场中大尺度结构的有序性。

关键词：螺旋桨射流 PIV 分层环境折射率匹配压力场重构

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船舶螺旋桨射流扰动下的污染底泥起悬研究

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环境科学与技术 2005年第2期28卷 6-8页

作者：李剑超胡仁志王波王布匀武汉科技学院环境化学工程系武汉4300730

河流、湖泊中船舶的航行对于水体底部的污染沉积物具有很强的扰动作用,特别是船舶尾部的螺旋桨射流。通过一个新近提出的射流速度分布统一公式,结合考虑底泥的起动、冲刷特性,进行船舶螺旋桨射流扰动下污染底泥起悬的计算研究。结果表明... 详细信息

河流、湖泊中船舶的航行对于水体底部的污染沉积物具有很强的扰动作用,特别是船舶尾部的螺旋桨射流。通过一个新近提出的射流速度分布统一公式,结合考虑底泥的起动、冲刷特性,进行船舶螺旋桨射流扰动下污染底泥起悬的计算研究。结果表明,螺旋桨距河流底面的深度、螺旋桨射流出口流速、螺旋桨直径对底部流速的分布影响显著;同时发现,周围水体流动方向及流速等对于底泥扰动范围也有显著影响;最后定量计算了螺旋桨作用下污染底泥扰动悬浮速率。

关键词：螺旋桨射流污染底泥扰动起悬

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螺旋桨射流对抛石基床冲刷的数值计算

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水道港口 2013年第3期34卷 185-192页

作者：李勇王元战张宝华梁鹏飞天津大学建筑工程学院天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072 交通运输部天津水运工程科学研究所水工构造物检测诊断与加固技术交通行业重点实验室天津300456

抛石基床遭螺旋桨射流冲刷破坏而危及码头使用安全,是近几年码头检测评估工作中的新问题,国内海港工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床的冲刷影响。采用计算流体力学软件Fluent建立螺旋桨射流流场三维数值模型,并利用螺旋桨射... 详细信息

抛石基床遭螺旋桨射流冲刷破坏而危及码头使用安全,是近几年码头检测评估工作中的新问题,国内海港工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床的冲刷影响。采用计算流体力学软件Fluent建立螺旋桨射流流场三维数值模型,并利用螺旋桨射流流速的理论研究成果对数值模型进行验证。通过数值模拟,研究螺旋桨射流在码头岸壁和基床底面影响下的变化规律,建立了船舶尾流在重力式码头前沿的最大冲刷流速及其位置的经验公式。

关键词：船舶尾流螺旋桨射流数值模拟流速公式

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螺旋桨射流对底泥起悬及铅在底泥-水界面处迁移规律的研究

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长沙理工大学学报（自然科学版） 2021年第4期18卷 24-31,43页

作者：沈小雄杨敏妮余志胡旭跃长沙理工大学水利与环境工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学洞庭湖水环境治理与生态修复湖南省重点实验室湖南长沙410114 长沙理工大学水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室湖南长沙410114

河道中船舶螺旋桨射流会引起河道底泥悬浮并引发其中的重金属元素向水体释放。以物理模拟试验的方法,探讨了不同螺旋桨射流条件对底泥悬浮及底泥中重金属污染物——铅向水体释放的影响。试验设计了3个桨径和转速,在螺旋桨后2倍桨径处设... 详细信息

河道中船舶螺旋桨射流会引起河道底泥悬浮并引发其中的重金属元素向水体释放。以物理模拟试验的方法,探讨了不同螺旋桨射流条件对底泥悬浮及底泥中重金属污染物——铅向水体释放的影响。试验设计了3个桨径和转速,在螺旋桨后2倍桨径处设置取样点,采集水体样品,并分析悬浮物的浓度。在不同条件下,采用薄膜扩散梯度技术原位获取了上覆水和底泥中铅的垂向分布规律。试验结果表明:在静水条件下转动螺旋桨,螺旋桨桨径越大、转速越高、桨叶叶尖距离床面的高度越小,上覆水悬浮物浓度的峰值越大。同时,增大桨径和转速,表层底泥中铅(界面以下8 cm)的垂向浓度和释放量均有所增大。

关键词：螺旋桨射流悬浮物薄膜扩散梯度技术底泥-水界面重金属污染物铅

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双螺旋桨射流作用下的受限水域船体区水动力特征研究

双螺旋桨射流作用下的受限水域船体区水动力特征研究

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作者：古梦婷重庆交通大学

学位级别：硕士

随着内河航运业发展,受限水域在内河航道中的占比逐年上升,受限水域中航行船舶,其船体区的流场研究逐渐引发人们关注。航行船舶尾后螺旋桨产生的高速射流在发展、扩散过程中会对周围水体产生强烈干扰,进而引发船体区水流结构变化,对船... 详细信息

随着内河航运业发展,受限水域在内河航道中的占比逐年上升,受限水域中航行船舶,其船体区的流场研究逐渐引发人们关注。航行船舶尾后螺旋桨产生的高速射流在发展、扩散过程中会对周围水体产生强烈干扰,进而引发船体区水流结构变化,对船舶航行阻力,速度等产生影响,增加船舶航行的不稳定性,严重时还会破坏船体结构导致航行事故。目前,国内外对螺旋桨射流作用下的船体区周围流场的研究仍不充分,因此有必要对该问题在限制性航道内的探索进行进一步研究。本文基于二维PIV流场试验,采用试验研究与理论分析相结合的方法,研究双螺旋桨射流作用下限制水域船体区水动力特征,分析时均流速的空间分布特性,探讨船体区流场内多个紊动特性参数的变化规律。主要得到以下结论: （1）时均流速U呈不对称倒“V”型扩散,螺旋桨桨面位置时均流速最大,射流沿水深向上、向下扩散,受自由水面限制,靠近水面处产生横流,使得螺旋桨上侧水流扰动强度大于下侧;时均流速自螺旋桨桨面处开始衰减,沿程不断减小,其中时均流速最大值Umax因水面横流作用,沿程存在进行二次衰减,衰减速度沿程逐渐变慢;时均流速垂线分布在形状上整体均表现为“两头窄中间宽”。（2）纵向紊动强度Tux、紊动能K的分布具有相似性。纵向紊动强度平均值Tuxmean与纵向紊动强度最大值Tuxmax、紊动能平均值Kmean与紊动能最大值Kmax的沿程峰值同步出现,且均从螺旋桨桨面处开始衰减,在远离螺旋桨的位置衰减为一个相近值;靠近螺旋桨桨面位置射流能量最大,导致曲线上该位置的纵向紊动强度Tux和紊动能K均较大,造成垂线x/Dp=1、垂线x/Dp=2沿水深弯曲明显,而远离螺旋桨桨面位置的垂线,沿水深变化幅度很小。（3）雷诺应力τ正、负值的分布区域有明显区别。螺旋桨正前方的雷诺应力为正值,螺旋桨上下侧的雷诺应力为负值,且由于自由水面的横流存在,螺旋桨上侧的负雷诺应力绝对值|τ|远大于螺旋桨下侧;受不对称的螺旋桨射流影响,雷诺应力垂线分布整体呈“上宽下窄”,各垂线上雷诺应力数值在相对水深y/Dp<1范围内基本相同,即该水深处射流沿程扰动基本相同。（4）桨数增加,减小了射流能量沿程损失,时均流速U增大,纵向紊动强度Tux、紊动能K、雷诺应力τ增大;断面系数减小,水深降低,导致射流扩散受到阻碍,流速脉动强烈,Tux、K、τ增大;桨距减小拉近射流交汇点位置,且对位于船体中心线位置的剖面（剖面LS1）影响最大,该剖面上Tux、K、τ明显增大;随着转速增大,水体在螺旋桨周围获得的速度更高,U、Tux、K、τ增大。

关键词：受限水域螺旋桨射流水动力特征 PIV水槽试验

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静水、定桨条件下单、双螺旋桨射流特性实验研究

静水、定桨条件下单、双螺旋桨射流特性实验研究

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作者：李欣长沙理工大学

学位级别：硕士

湘江是国家高等级内河航道网规划中重要的高等级内河航道之一,也是湖南省航道建设的重点,湘江的治理和保护也是近年来省政府高度关注的工作。近年来,一方面湘江中下游水位持续走低,一方面船舶吨位越来越大,在低水位条件下大吨位船舶航... 详细信息

湘江是国家高等级内河航道网规划中重要的高等级内河航道之一,也是湖南省航道建设的重点,湘江的治理和保护也是近年来省政府高度关注的工作。近年来,一方面湘江中下游水位持续走低,一方面船舶吨位越来越大,在低水位条件下大吨位船舶航行时螺旋桨产生的射流对河道底泥的扰动作用逐渐受到人们的关注。螺旋桨射流作为使河道底泥再悬浮和使其中重金属等污染物再释放的重要动力机制之一,其特性、流速分布和扰动的水体范围等需要进行详细的研究。为此,结合已有的研究,开展静水条件下单、双螺旋桨射流流动特性模型实验研究,使用PIV(Particle Image Velocimetry粒子图像测速法)对模型螺旋桨射流中螺旋桨桨轴所在的竖直面上的流场进行拍摄、测量,获取其流场图及流场数据,对螺旋桨射流的特性、流速分布及扰动范围进行分析,主要得出了以下一些结论:1、螺旋桨射流流出速度(即螺旋桨面上最大轴向流速)的大小与水深及螺旋桨淹没深度无关,仅与螺旋桨转速、桨径、桨叶数有关,且双桨射流时,其中一个螺旋桨所产生的射流的流出速度不会受另一个螺旋桨射流的影响,其值与单桨射流时相同。2、螺旋桨射流流出速度的位置(与桨轴心的距离)与水深、螺旋桨淹没深度、螺旋桨转速无关,与螺旋桨桨径及桨叶数有关。螺旋桨形状相同条件下,桨径越大,流出速度的位置相对而言更靠近螺旋桨桨轴心。螺旋桨桨径相同条件下,桨叶数越多的螺旋桨,其流出速度的位置更靠近螺旋桨桨轴心。双桨射流时,两个螺旋桨射流的流出速度互不影响,其位置也与单桨射流时相同。3、螺旋桨射流桨轴线上的流速分布特点为:单桨射流时,在流出平面上,由于桨毂的影响,轴线上流速极小,之后流速迅速增大,并在极短距离(0.5D)内增至最大值,然后开始衰减,其衰减速率由大变小。双桨射流时,在距离螺旋桨面较近处,桨轴线上流速分布、变化特点与单桨射流时类似,在距离螺旋桨面较远时流速波动起伏较大,衰减速率较单桨射流时减小。4、射流扰动范围:螺旋桨转速、桨径是射流扰动范围的主要影响因素,螺旋桨桨叶数、水深、螺旋桨淹没深度也会对射流的扰动范围产生重要影响。螺旋桨桨叶数会影响射流的发展、扩散特点,从而影响射流扰动范围的竖向深度与轴向长度。水深加深,单桨射流轴向扰动长度增大,竖向扰动深度减小,双桨射流竖向、轴向扰动距离均增大。螺旋桨淹没深度对射流扰动范围的影响主要体现为,淹没深度较浅或者较深时,射流会受到水面或者底床的作用,其发展、扩散特点与自由扩散射流的发展扩散特点差别较大。射流自由扩散时,螺旋桨淹没深度对单、双桨射流的扰动范围均有影响,但是影响较小。

关键词：螺旋桨射流双桨流出流速流速分布扰动范围

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静水条件下螺旋桨射流冲刷及其对底泥中污染物的垂向迁移研究

静水条件下螺旋桨射流冲刷及其对底泥中污染物的垂向迁移研究

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作者：杨敏妮长沙理工大学

学位级别：硕士

随着经济社会和国际国内港口贸易的高速发展,内河航运业日益成为重要支柱产业,而高速旋转的螺旋桨产生的射流会对河床的影响范围增大,当水深减小到一定程度后,会对底泥和上覆水体产生影响。当河流水深较小时,螺旋桨靠近床面,其射流作用... 详细信息

随着经济社会和国际国内港口贸易的高速发展,内河航运业日益成为重要支柱产业,而高速旋转的螺旋桨产生的射流会对河床的影响范围增大,当水深减小到一定程度后,会对底泥和上覆水体产生影响。当河流水深较小时,螺旋桨靠近床面,其射流作用使河床表面受到冲刷,可能引起表层底泥再悬浮,此时,附着在泥沙里的污染物随泥沙运动上覆到水体中,在局部范围影响水质和水生生物的栖息。为此开展螺旋桨射流对底泥污染物再悬浮扩散影响机制研究,科学论证船舶航行是否对水体水质产生影响,有利于为管理部门决策提供科学依据。本研究针对水深较浅,底泥较松软等极端情况在室内使用高精度循环水槽开展了物理模型实验,研究了不同桨径、不同转速、桨的不同离底间隙条件下螺旋桨射流作用对冲刷地形的影响规律,以及在不同工况下螺旋桨射流对以铅为代表的重金属污染物在底泥-上覆水体界面(SWI)间的垂向迁移变化。本研究主要结果如下:1.螺旋桨射流作用下,冲刷的地形变化与螺旋桨转速、螺旋桨浆径、近底流速及螺旋桨叶尖离底间隙、泥沙粒径等影响因素有关。在螺旋桨轴线上,轴向近底流速Vx呈先增大后减小的趋势,横断面的横向近底流速峰值在螺旋桨轴线正下方,流速向轴线两侧迅速衰减,呈单峰型分布。螺旋桨射流扰动后的冲刷坑与近底流速分布相关,随着纵向流速减小冲刷坑后泥沙出现堆积。2.通过对比中值粒径为8.146微米的粘性土和中值粒径为0.4毫米的非粘性沙冲刷坑形态,发现静水条件下,中值粒径为0.4毫米的非粘性土的冲刷坑平面形态均近似于椭圆形,不同试验工况下,椭圆形的长度和宽度有差异,但椭圆形的长宽比范围在1.42-1.66之间,平均为1.51,而相同工况下中值粒径为8.146微米的粘性土冲刷坑平面形态则接近为圆形。3.螺旋桨射流作用冲刷床面时,床面表层泥沙会向上迁移至上覆水,水中悬浮泥沙浓度发生变化,其悬浮物浓度(TSS)与螺旋桨射流的紊动强度大小、泥沙粒径有关,在相同工况(D=9cm,n=1000r/min,hj=2cm;D=4cm,n=700r/min,hj=2cm)下,以中值粒径为8.146微米的粘性土和中值粒径为0.4毫米的非粘性沙为实验对象,进行扰动实验,结果发现,水体在X/D=2处,扰动后粘性土底泥产生的悬浮固体浓度(TSS)比非粘性沙大。这是由于螺旋桨扰动粘性土底泥时,起悬的泥沙颗粒较多,起悬高度较高,而粘性土的颗粒较小,泥沙沉降速度较慢,扰动时悬浮状态的泥沙颗粒较多,因此扰动粘性土的水体中悬浮固体含量较大。4.螺旋桨扰动使沉积物-水界面向下移动。增大螺旋桨转速,增大螺旋桨桨径,使水体紊动强度增大,并促进泥沙悬浮,同时减小螺旋桨叶尖离底间隙,重金属污染物在新生沉积物-上覆水体水界面处的释放浓度百分比越大。

关键词：螺旋桨射流冲刷悬浮物浓度重金属污染物沉积物-水界面

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滑轨式螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置及模拟方法

滑轨式螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置及模拟方法

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作者：王鹏孙浩睿华若周华祖林刘晓东董越洋 211100 江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号

本发明公开了一种滑轨式螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置及模拟方法，主要包括水槽、滑台、滑轨、船模和螺旋桨；滑轨固定于水槽两侧，滑台置于滑轨上，可沿滑轨做水平运动，可随滑台移动。滑台上装有电源、电机、信号接收器、回转... 详细信息

标准号: CN110082064B

本发明公开了一种滑轨式螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置及模拟方法，主要包括水槽、滑台、滑轨、船模和螺旋桨；滑轨固定于水槽两侧，滑台置于滑轨上，可沿滑轨做水平运动，可随滑台移动。滑台上装有电源、电机、信号接收器、回转机构和调节杆；电机通过链轮和链条驱动滑台沿水槽移动，回转机构实现螺旋桨和船模调头，调节杆可调节船模和螺旋桨吃水深度。本发明能够在室内模拟船舶及螺旋桨移动速度及方向、船舶吃水深度、螺旋桨转速及入水深度，观测螺旋桨射流和船行波的流场结构、紊动特征、及对沉积物起悬和污染物迁移特征的影响，为航道底泥内源污染释放机理研究提供了有力的观测手段。

关键词：螺旋桨滑台水槽船模滑轨螺旋桨射流回转机构调节杆行波移动电机沉积物观测模拟实验装置螺旋桨转速速度及方向污染物迁移信号接收器船舶吃水机理研究链条驱动流场结构内源污染室内模拟水平运动滑轨式滑轨做可调节调头扰动底泥链轮入水紊动电源吃水航道船舶释放

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滑轨式螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置及模拟方法

滑轨式螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置及模拟方法

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作者：王鹏孙浩睿华若周华祖林刘晓东董越洋 211100 江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号

标准号: CN110082064A

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