DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 结论 1) 基于MATLAB平台，编写参数化设计程序，实现了对离心鼓风机叶片的数字化建模设计。核心方法包括：利用Bezier曲线定义叶片子午面形状，通过控制点修改形状，以内切圆半径分布规律评估合理性；根据几何关系将给定分布规律的叶片角计算为圆周角，完成叶片中型面设计；将叶片法向厚度换算为周向厚度，通过偏置中型面生成压力面和吸力面；利用位置参数设计分流叶片。 2) 以.ibl文件作为媒介，利用Pro/E软件按照叶片参数化设计数据进行离心鼓风机叶轮三维实体造型，通过合理运用Pro/E建模功能生成圆形叶片前缘，成功造型。 3) 实例证明本文介绍的结合MATLAB和Pro/E的离心鼓风机叶轮造型方法的可行性，利用该方法可造出子午面形状多变，多种加载规律、叶片厚度沿叶高方向和型线方向变化、带有分流叶片的离心鼓风机叶轮，达到了离心鼓风机叶轮高效化，数字化造型目的。
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user: 摘要 采用数值模拟方法对恒定水速下管道中气体喷射产生的气泡进行分析，追踪气泡生成和脱离的演变情况，重点研究了横向水流速度和通气速度对气泡生成的影响。计算采用二阶迎风差分格式的有限体积法求解二维Navier-Stocks方程，并运用VOF (流体体积法)方法捕捉气液界面。计算结果表明：水流速度主导气泡的生成形态，一定程度上也受通气速度影响；生成气泡的等效直径随通气速度的增加而呈线性增长，水流速度越小，生成气泡随通气速度的增加越快；通气速度一定，随着水流速度的增加，气泡脱离位置的横坐标初期缓慢增长，当水流速度到达0.5 m/s后呈线性增长。伴随着气泡形态的变化，气泡参数随水流速度和通气速度改变时，呈现出多样性和多变性。
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user: 1. 引言 气液两相流动及其涉及到的气泡生成和运动规律的研究在化工、医药、生物、舰艇、航空航天、热能动力设备等各个工程技术领域中有着广泛的应用。如舰船发动机系统水下排气会产生大量的气泡，根据这些气泡形成的流迹可对水下舰艇进行跟踪、定位与识别，这一类技术与气泡的生成和运动规律密切相关 [ 1 ]。在国内外，许多学者都对气泡的产生和运动规律进行过研究，包括理论、实验和数值模拟等方面，取得了较为丰富的研究成果，这些都对科学发展和工程应用起到了积极指导作用。 理论研究气泡生成和运动的主要方法是对气泡的受力分析、力学建模、数学公式的推导和离散化处理等 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。这些方法能有效地模拟气泡在水下的运动规律(包括速度、轨迹等)，但难以计算气液两相的界面形态变化，在模拟与再现气泡形状演变过程上具有很大的局限性。 实验研究方面则主要是通过光学、声学等测量气泡的参数。比如Nikitopoulos等 [ 6 ] 利用相位多普勒和视频成像技术获得了气泡速度；Smith等 [ 7 ] 采用电导率探头测量气泡空隙率；Kong等 [ 8 ] 通过高速摄像和图像处理技术来获取气泡的界面和局部速度；Kim等 [ 9 ] 通过放射性粒子跟踪技术来测量段塞流前缘的卷气速率和气泡变形。总的来说，光学和成像技术产生了相对准确和全面的结果。 数值模拟研究气泡侧重于运用数值方法求解气泡运动方程来获得气泡的运动参数。比如Amaral等 [ 10 ] 结合群体平衡模型PBM进行模拟，来获取推流式曝气池内气泡生成的过程；Zhou等 [ 11 ] 修正气泡动力平衡模型，提高对脱离气泡直径模拟的准确性；Amit等 [ 12 ] 采用格子玻尔兹曼方法(LBM)研究了液体中气泡运动和聚结的行为；李书磊等 [ 13 ] 使用VOF模型和RSM湍流模型模拟两相流流型；Tsui [ 14 ] 将VOF方法和Level set方法进行耦合，对静水中上升的气泡进行了三维数值模拟。其中要研究气泡的形状变化时，更多地会采用界面追踪的方法，Level set法、Lattice-Boltzmann法、VOF方法、以及动网格法等。 综上所述，气泡由于在静水中具有良好的动力学特性，对气泡的基础研究具有很高价值，因此备受国内外学者的青睐。同时横流状态下气泡的运动由于受到湍流流场稳定性、气泡尾流等因素影响，其上升过程中运动参数会发生剧烈改变，从而增加了研究难度。国内外对于横流中气泡的特性研究报道较少，而且相关研究集中在射流大量气泡的轮廓识别、含气率预测分析等方面。这种情况下，开展对于气泡在横流中的运动特性的研究是有必要的。同时气泡在运动过程中的速度和运动形态会受到初始形态的显著影响。而气泡的初始大小和形态对气泡的流态发展产生重要影响。气泡的形成过程也对后续的气相和液相的混合过程有着十分重要的影响 [ 15 ]。 本研究的来源是船舶航行时会将发动机尾气排入海水中使得尾气中的CO 2 等溶于海水中。Chen [ 16 ] 研究表明气泡粒径决定了CO 2 在海水中的存在时间。本文中对一排气管道中尾气处理过程的两相流动进行了数值模拟，通过控制水流速度和通气速度，从脱离周期、直径、形状等角度重点分析气泡的初生状态，并分析气泡直径、形状、脱离周期等与横流的速度和通气速度的关系。从而为预测在排气过程中气泡直径的变化和分布，为优化排气管道对于气泡破碎处理等方面的设计提供参考。
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user: 2. 模型和计算方法 2.1. 物理模型 图1所示为数值模拟计算模型，模型为长1.5 m，直径0.1 m的水平管道。左侧为两个液体进口，直径皆为0.0475 m；中间为进气管道，长0.05 m，直径为0.005 m；管道内的两相流体从左到右流动。计算区域中采用气、水流速入口边界条件，其他壁面采用无滑移边界条件。水的流量对应入口速度，空气流量对应入口速度，出口为恒定压力。本文速度参数范围：水流速度：0.1~1 m/s，通气速度：0.1~1 m/s，速度间隔是0.1 m/s，总共100个不同工况。考虑到计算机的能力，仿真过程中使用二维轴对称模型。 图1. 模型示意图 2.2. 控制方程 气液两相流界面的运动和分布特性对气泡形态变化、气泡流型以及气泡分布都有影响，通过采用VOF方法来追踪气液两相界面的运动，可以精确地捕捉到气泡运动时两相交界面的形状变化。本文采用多相流计算模型。对于流动中存在少量气泡的两相流动问题，很多研究者采用VOF (Volume of fluid)模型，这种模型可以捕捉气液分界面并追踪气泡运动轨迹。 1) 连续性方程 ∂ ρ ∂ t + ∇ ⋅ ( ρ v ) = 0 (1) 2) 动量方程 ∂ ( ρ v ) ∂ t + ∇ ⋅ ( ρ v v ) = − ∇ p + ∇ ⋅ [ μ ( ∇ v + ∇ v T ) ] + ρ g + F v o l (2) 3) 相函数输运方程 ∂ α q ∂ t + v ⋅ ∇ α q = 0 (3) VOF方法是一种前端捕捉的界面追踪方法，由Hirt、Nichols [ 4 ] 在1981年提出。VOF方法中提出了相函数F的概念，其值是控制体积单元中流体所占体积与该控制单元总体积之比，数值为0~1。如果第k相流体在单元中的相函数表示为 α k ，则有： { α k = 0                               ( 单 元 中 充 满 该 相 流 体 ) 0 < α k < 1                     ( 单 元 中 存 在 第     k     相 流 体 与 其 他 流 体 的 界 面 ) α k = 1                               ( 单 元 中 不 含 第     k     相 流 体 ) 式中， α q 为第q项体积分数。气液两相流方程(1)中 ρ 和 μ 由这里的体积分数决定。 ρ = α l ρ l + ( 1 − α l ) ρ g (4) μ = α l μ g + ( 1 − α l ) μ l (5) 其中下标g、l分别为气相液相。 4) 表面张力模型 VOF模型中的表面张力模型是Brackbill [ 11 ] 等提出的连续表面力模型(Continuum Surface Force， CSF)。在VOF模型中需要考虑表面张力时，需要在动量方程中增加源项。该模型将表面张力定为一种作用于相界面区域网格单元内流体的体积力 F v o l ，并将其引入到动量方程(2)中得到： F v o l = ∑ p a i r s i j ， i < j σ i j α i ρ i k j ∇ α j + α j ρ j k i ∇ α i 1 2 ( ρ i + ρ j ) (6) 其中，p为压强； ∇ 为哈密顿算子； ρ 为流体密度； ν 为速度矢量； μ 为粘性系数； F v o l 为表面张力源项；g为重力加速度； σ i j 为i、j相流体表面应力； α i 、 α j 分别为i、j相流体体积分数； k i 、 k j 分别为i、j相流体表面曲率。 上述控制方程都使用二阶迎风差分格式离散，并使用PRESTO方法离散压力。VOF中的相函数方程使用显示时间格式离散求解。速度与压力的耦合求解采用PISO (Pressure Implicit Split Operator)算法。 模拟计算过程为，开始阶段通入恒速的水并充满整个管道，当管道内的动态水达到动态平衡；将通气管打开，开始通入空气。在25℃标准大气压下，水的物性参数：密度 ρ 1 = 998   kg / m 3 ，粘度 μ 1 = 0.001   Pa ⋅ s ，表面张力 σ = 0.072   N / m ；空气的物性参数：密度 ρ g = 1.225   kg / m 3 ，粘度 μ g = 1.7894 × 10 − 5   Pa ⋅ s 。文中对管道气液两相流达到相对稳定后的气泡生长情况进行较深入的研究，此时管道内流场将达到动态平衡，各种参数会长期保持相对稳定，而对气体刚通入管道后且没有稳定的这段时间的情况不作详细的研究。本文的两相图片，红色部分是气相，蓝色部分是液相。 2.3. 网格无关性验证和模型验证 由于计算区域图形规则，采用区域结构化进行网格划分，生成59.9万个正方形网格，网格质量优良，网格尺寸是5 × 10 −4 m。选择三组典型工况，重点考察网格数量对脱离气泡平均直径的影响。图2是不同工况下脱离气泡直径与网格数量的关系，从图上可以看出当网格数量达到大约60万个时，直径开始接近常数且不再有较大的改变，所以本文选择的网格数量，计算结果可以获得不错的准确性和效率。 图2. 脱离气泡直径和网格数量的关系 关于模型准确性的验证和分析，在相同的计算方法下，马斗 [ 17 ] 重点考察了气泡上升时的速度和直径变化，与文献结果符合程度高。该模拟方法对相关问题求解的可行性验证的报道 [ 13 ] [ 14 ] [ 17 ] [ 18 ] 已经有很多。同时本文工况下的结果与Mandhane [ 19 ] 实验下的流型特征符合对比符合良好，进一步验证模拟的可行性。
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user: 4. 结论 通过在流动的水平圆管内通气的方法来模拟研究水下管道排气的过程。通过改变通入管内恒定的水流速度和通气速度，重点分析了气泡初生形态的类型和演化，对各类气泡的特征进行分类，对气泡的脱离周期、直径，气柱的长度进行统计和分析。 1) 根据水流速度和通气速度的不同，将气泡分类成单喉颈气泡、多喉颈单气泡、多喉颈双气泡和多喉颈混合气泡，发现气泡的形态主要取决于水流速度，在一定程度上取决于通气速度；通气速度大于水流速度时脱离气泡前端多为帽状，反之为椭球状。回流的临界水流速度和通气速度由水流速度和通气速度共同决定。 2) 脱离气泡的尺寸和脱离周期整体上随水流速度的增大，伴随着气泡形态特征的改变而震荡减小；水流速度一定时，随着通气速度的增大，脱离气泡尺寸呈线性增长，水流速度越小，其斜率越大；气泡脱离周期受到水流速度主导，气泡脱离尺寸受到通气速度的主导作用，在一定程度上也受水流速度主导。 3) 通气速度一定，随着水流速度的增加，气泡脱离时的最终气柱长度初期缓慢增长，当水流速度到达0.5 m/s后呈线性增长。水流速度一定，随着通气速度的增加，最终气柱长度整体呈现出增大的趋势。由于气泡形态的改变，气泡生成时的各种参数呈现出不同的结果和变化趋势。
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user: 摘要 大孔隙基体沥青混合料作为灌注式半柔性路面结构的骨架，对灌注式半柔性路面混合料性能起到至关重要的作用。本论文通过对比研究不同级配类型的嵌挤结构、不同的击实功、不同类型外加剂等因素对大孔隙基体沥青混合料性能的影响规律，试验结果表明掺加适量5~10 mm集料的级配嵌挤结构整体性能更优，掺加0.3%聚酯纤维与0.2%高黏剂，单面击实75次，此时大孔隙基体沥青混合料肯塔堡飞散试验结果最小，马歇尔稳定度最大，连通孔隙率与灌注率都能满足规范要求，大孔隙基体沥青混合料性能最优。
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user: 1. 引言 灌注式半柔性复合路面结构，在柔性大空隙基体沥青混合料中灌注刚性较强的无机胶凝材料与高分子有机材料的复合浆体，经合理养生形成的兼顾沥青路面的行驶舒适性与混凝土路面的强度稳定性的路面结构，同时灌注式半柔性复合路面结构具有优良的耐火、耐有机溶剂侵蚀的性能，可以根据用户需求变换路面颜色，因此半柔性路面多用于国省干线重载路段、交叉路口、公交站台、BRT专用车道、收费站、机场、港口码头、隧道路面铺装等车辙严重区域 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。 灌注式半柔性复合路面的结构强度主要来源于大孔隙基体沥青混合料骨架嵌挤作用与灌注的复合浆体的粘结作用，大孔隙基体沥青混合料起至关重要的骨架作用 [ 4 ] [ 5 ]。大孔隙基体沥青混合料为骨架嵌挤结构，连通空隙率在20%~30%之间，可灌注效果良好。大孔隙基体沥青混合料最关键的两个指标为稳定性与可灌性，强度高稳定性强对于支撑半柔性路面结构稳定性至关重要，灌浆料的灌注难易程度与灌注饱满度直接影响到半柔性路面结构服役性能。本文设计了3种不同嵌挤结构的级配类型，分别使用单面击实50次与75次进行性能验证优选最佳级配类型，设计聚酯素纤维与沥青高黏剂作为外加剂进行混合料设计，通过大孔隙基体沥青混合料体积指标、马歇尔稳定度、肯塔堡飞散损失、灌浆料灌入率等综合指标评价基体混合料性能，期望通过试验分析得到影响大孔隙基体沥青混合料性能的关键因素。
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user: 2. 材料检测 2.1. 矿料 粗集料压碎值、针片状与粒型对于大孔隙基体沥青混合料至关重要，直接影响半柔性路面结构抗滑性能。粗集料选用内蒙古卓资山产玄武岩，依据路面结构厚度设计要求，采用公称粒径为9.5~19 mm玄武岩、4.75~9.5 mm玄武岩，考虑到沥青胶浆与粗集料的粘附性，细集料选用0~2.36 mm石灰岩机制砂，矿粉选用石灰岩磨细矿粉，参照《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)中的有关方法进行检验，集料与填充料检测结果如表1~3所示。 2.2. 外加剂 聚酯纤维常用于桥面铺装沥青混合料，用来增加混合料韧性提高抗拉强度，考虑到孔隙率较大避免堵孔，本文采用长度3 mm短切纤维。沥青高黏剂加入沥青中能够明显改善沥青粘度，提高软化点增强粘结性能，外加剂检测结果如表4、表5所示。 Table 1 Test results of coarse aggregat 技术指标 单位 技术要求 检验结果 检测方法 9.5~19 mm 4.75~9.5 mm 表观密度 g/cm 3 ≥2.6 2.908 2.905 T0304-2000 吸水率 % ≤2.0 0.59 0.66 T0304-2000 针片状含量 % ≤15 8.4 10.7 T0312-2001 压碎值 % ≤25 8.3 - T0316-2002 洛杉矶磨耗值 % ≤30 12.1 - T0317-2003 与沥青粘附性 级 ≥4 4 - T0616-2000 表1. 粗集料检测结果 Table 2 Test results of fine aggregat 技术指标 单位 技术要求 检验结果 检测方法 表观密度 g/cm 3 ≥2.6 2.732 T0328-2000 吸水率 % ≤2.0 1.54 T0328-2000 砂当量 % ≥60 71 T0334-2000 表2. 细集料检测结果 Table 3 Test results of mineral powde 技术指标 单位 技术要求 检验结果 检测方法 视密度 g/cm 3 ≥2.5 2.701 T0352-2000 含水量 % ≤1.0 0 T0103-2000 外观 - 无团粒结块 无团粒结块 — 粒径范围 <0.6 mm % 100 100 T0351-2000 <0.15 mm % 90~100 95.1 <0.075 mm % 75~100 93.4 表3. 矿粉检测结果 Table 4 Polyester fiber test result 技术指标 单位 技术要求 检验结果 长度 mm 3 ± 0.5 3.0 耐热性 — 体积无变化 体积无变化 表4. 聚酯纤维检测结果 Table 5 High viscosity test result 项目 单位 技术要求 检验结果 外观 — 实测 黄色 粒径 mm ≤4 3.8 密度 g/cm 3 0.7~1.0 0.9 吸水率 % <1 0.2 表5. 高黏剂检测结果 2.3. 改性沥青 本文采用SBS I-D改性沥青，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2000)中的有关方法进行检验，该沥青各项指标符合规范要求，沥青检测指标如表6所示。 Table 6 Test results of modified asphal 检测项目 技术要求 检测结果 试验方法 针入度(25℃， 5 s， 100 g)/0.1 mm 60~80 73 T0604 延度(5 cm/min， 5℃， cm) ≥20 35 T0605 软化点(℃) ≥55 65 T0606 运动粘度(135℃， Pa·s) ≤3 1.825 T0625 闪点(℃) ≥230 320 T0611 溶解度(%) ≥99 99.82 T0607 25℃弹性恢复 ≥65 93 T0662 密度(25℃， g/cm 3 ) 实测记录 1.022 T0603 旋转薄膜 老化试验 (163℃， 85 min) 质量损失(%) ≤±1.0 −0.23 T0610 针入度比(25℃， %) ≥60 75 T0604 延度(5℃， cm) ≥20 25 T0605 表6. 改性沥青检测结果
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user: 3. 大孔隙基体沥青混合料性能影响因素 3.1. 级配与击实功影响规律 3.1.1. 级配设计 根据混合料级配设计原理，不同矿料比例合成级配可以得到不同嵌挤结构和孔隙率的大孔隙基体沥青混合料，采用单一粒径矿料组成间断级配时合成的大孔隙基体沥青混合料为完全骨架嵌挤结构，采用多级矿料间断级配合成的大孔隙基体沥青混合料为骨架填充嵌挤结构。本文按照级配设计原则合成完全骨架嵌挤粗级配、多级骨架嵌挤中级配、多级骨架嵌挤细级配三种级配曲线，单面击实50次与75次，按照预估油石比3.4%分别进行马歇尔击实试验，验证大孔隙基体沥青混合料体积指标、马歇尔稳定指标、肯塔堡飞散损失与灌浆料灌注率，综合评价级配与击实功对大孔隙基体沥青混合料性能影响程度，矿料级配如表7所示，级配曲线图如图1所示。 Table 7 Gradation composition of mineral aggregate 级配类型 9.5~19 mm玄武岩 4.75~9.5 mm玄武岩 0~2.36 mm机制砂 矿粉 粗级配 87 0 10 3 中级配 79 8 10 3 细级配 75 8 14 3 表7. 矿料级配组成 从合成级配曲线图可以看出3条级配曲线呈明显的“S”形走向，研究表明具有这种级配曲线的沥青混合料具有更好的嵌挤能力，为了更好地分析骨架嵌挤级配对混合料性能影响，粗级配4.75~9.5 mm集料全部剔除导致9.5 mm筛孔通过率偏低，三种级配设计全部剔除了3~5 mm集料，使得2.36 mm~4.75 mm这一粒径的集料较少，从而使粗集料充分嵌挤形成了骨架结构，沥青与矿粉形成的沥青胶浆使骨料粘结成为具有一定热稳定性的整体结构。 图1. 合成级配曲线 3.1.2. 不同击实功作用下性能影响 按照生产经验预估油石比3.4%，分别按照单面击实50次与75次成型马歇尔试件，验证三种级配类型在不同击实功作用下的孔隙率变化规律、马歇尔稳定度变化规律、肯塔堡飞散损失变化规律与灌注率的变化规律，实验结果如表8所示，影响曲线如图2所示。 Table 8 Test results under different compaction wor 击实次数 连通空隙/% 飞散损失结果/% 稳定度/KN 灌注率/% 粗级配 中级配 细级配 粗级配 中级配 细级配 粗级配 中级配 细级配 粗级配 中级配 细级配 50 31.2 28.4 27.4 25.3 20.5 16.4 1.35 3.82 4.18 97.3 97.5 96.2 75 28.8 25.3 24.1 20.1 16.3 12.8 2.04 4.62 5.38 97.2 96.3 94.1 表8. 不同击实功作用下试验结果 通过实验数据分析可知，三种合成级配类型随着击实功的增大连通孔隙率、飞散损失、稳定度都表现出相同的变化规律，灌注率变化规律不明显，分析原因由于实测连通孔隙率都在较高水平灌浆料都能够顺利灌注饱满，没有显著性的灌注率差异。随着粗集料用量越多连通孔隙率越大，飞散损失也越大，马歇尔稳定度变小。粗级配的飞散损失与马歇尔稳定度都不满足规范要求，完全的骨架嵌挤结构达不到要求的稳定度要求。单面75次击实结果3中级配类型性能指标较击实50次都有所增长，混合料没有击碎现象且表现出更佳的效果。通过对比分析得出大孔隙基体沥青混合料最佳设计击实次数宜按照75次控制，级配类型宜按照中级配设计。 图2. 不同击实次数性能影响曲线 3.2. 外加剂类型影响规律 大孔隙基体沥青混合料强度来源于粗集料骨架结构嵌挤力与沥青胶浆的粘结力，骨架结构类型按照确定的中级配既能提够最佳的嵌挤效果，通过增加沥青粘度来提高沥青与矿料的粘结性能，纤维的加入起到沥青混合料加筋的作用以期获得预期效果。选用中级配作为目标合成级配，按照不掺加外加剂、掺加0.3%聚酯纤维、掺加0.2%高黏剂、同时掺加0.3%聚酯纤维与0.2%高黏剂，单面击实75次，按照油石比3.4%成型马歇尔试件分别评价混合料体积指标、马歇尔稳定度、飞散试验损失与灌注率，混合料性能检测结果如表9所示，影响曲线如图3所示。 Table 9 Influence of different admixtures on Mixture Performanc 级配类型 连通孔隙率/% 飞散试验结果/% 稳定度/KN 灌注率/% 中级配 + 0 25.7 16.3 4.53 96.2 中级配 + 0.3%纤维 22.1 12.3 5.36 93.1 中级配 + 0.2%高黏剂 25.3 14.8 4.99 96.5 中级配 + 0.2%高黏剂 + 0.3%纤维 21.2 11.2 5.78 92.4 表9. 不同类型外加剂对混合料性能影响 通过对比分析实验数据可知，同时掺加0.3%聚酯纤维与0.2%高黏剂之后大孔隙基体沥青混合料连通孔隙率最小但能够满足规范大于20%的要求，飞散损失最小，马歇尔稳定度最大，灌注率有所降低，同时添加两种外加剂对提高大孔隙沥青混合料性能作用明显。通过实验数据验证高黏剂能够增加沥青胶结料与矿料的粘结性能，添加聚酯纤维之后对混合料的加筋效果明显，考虑到对连通孔隙率的影响选用3 mm短切纤维效果明显，对灌注率影响程度较小灌注率都能满足规范要求。 图3. 不同类型外加剂影响规律
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user: 4. 结论 (1) 大孔隙基体沥青混合料特有的骨架嵌挤结构强度决定了半柔性路面结构稳定性，大孔隙基体沥青混合料采用马歇尔配合比设计方法，采用中级配合成曲线组成骨架结构，单面击实75次成型马歇尔试件，能够达到最优的设计结果，基体沥青混合料体积指标、稳定度、飞散损失与灌注率全部达到理想结果。 (2) 单独掺加聚酯纤维与高黏剂对于大孔隙基体沥青混合料性能都有提升效果，但是同时掺加0.3%聚酯纤维与0.2%高黏剂对大孔隙基体沥青混合料飞散损失和稳定度都有显著改善，连通孔隙率与灌注率都能满足规范要求。
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user: 摘要 本文采用两步法制备得到不同质量比的Bi/P25 (商业TiO 2 )复合纳米催化剂。所得复合光催化剂表现出明显优于P25的光催化产氢性能。其中，质量分数为5 wt%的样品表现出最好的光催化活性。当牺牲剂为20 vol%的甲醇时，其4小时的产氢速率可达460 μmol∙g −1 ∙h −1 ，是未修饰P25的8倍。光电性能测试结果表明，金属Bi的引入能有效地提升载流子的迁移速率与光生电子和空穴的分离效率，降低电子和空穴的复合能力，从而提升光催化活性。此外，在光催化过程中金属铋也可以作为光生电子受体，为反应提供更多的析氢活性位点，进而促进H 2 的产生。
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user: 1. 引言 随着工业的不断发展，大规模的化石能源的利用使得能源枯竭与环境污染问题日益严重，开发洁净的新能源成为大势所趋。H 2 作为一种可再生的清洁能源，若用氢能源代替传统的化石燃料可以有效地缓解环境问题与能源危机 [ 1 ] [ 2 ]。自1972年Honda和Fujishima首次开展半导体光解水产氢研究以来，半导体光催化产氢技术已引起人们的广泛关注 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。其中，TiO 2 因其无毒无害、成本低廉以及较强的耐光腐蚀性能等优点被认为是最有前途的光催化剂之一 [ 6 ]。然而，TiO 2 对光的利用率较低且光生电子和空穴复合效率快，因此，极大地限制了H 2 的生成 [ 7 ]。为了克服这一缺点，人们做了许多尝试，包括构筑异质结 [ 8 ]、元素掺杂 [ 9 ]、表面修饰 [ 10 ]、形貌调控等 [ 11 ]。其中，表面修饰通过在半导体材料表面引入助催化剂，不仅能够加速电子与空穴的分离，还能够作为活性位点参与催化反应，因此，被认为是一种极具潜力的、提升光催化活性的方法。例如，在TiO 2 表面负载Cu 2 (OH) 2 CO 3 助催化剂可以有效地降低载流子的复合效率，提升光生电子和空缺的迁移率，实现高产氢效率 [ 12 ]。目前用于光催化产氢的助催化剂种类繁多，可大致分为三类：金属助催化剂、金属化合物助催化剂(硫化物、氧化物、氢氧化物等)以及碳基助催化剂。金属助催化剂又包含贵金属和非贵金属助催化剂 [ 13 ]。早期关于贵金属Au、Ag、Pt等助催化剂的研究较多，但由于它们价格昂贵并且十分稀少，严重限制了其实际应用 [ 14 ] [ 15 ]。因此，人们把目光逐渐转移到低成本，高产氢活性的非贵金属催化剂上 [ 16 ]。其中，单质铋具有半金属特性，同时还具有一定的表面等离子体效应，是一种优秀的电子捕获剂。其作为助催化剂，能有效地提升载流子的迁移率，加速光生电子和空穴的分离 [ 17 ]。例如，Wei等人 [ 18 ] 通过溶剂热法制备了Bi/g-C 3 N 4 纳米催化剂，并将其用于抗生素废水的转化。Lv等人 [ 19 ] 制备出Bi-Bi 2 MoO 6 /CdS-DETA复合材料，实现了高的产氢活性(7.37 mmol∙h −1 ∙g −1 )和稳定性。然而，关于金属铋修饰的TiO 2 在光催化产氢上的报道寥寥无几，且其产氢活性机制也有待探究 [ 20 ]。 基于此，本文以单质铋为助催化剂，将其与商业TiO 2 (P25)结合，以实现其光催化产氢活性提升。首先通过溶剂热法制备出铋纳米球，然后采用简单的旋蒸方法，获得Bi/P25复合纳米催化剂。所得材料的活性评价结果显示，Bi的负载能够显著提升材料的光催化产氢活性。其中5%的负载量表现出最好的光催化产氢活性，4小时光照条件下产氢活性可达460 μmol∙g −1 ∙h −1 ，是P25的8倍。进一步结合光电性能测试探讨活性增强原因。
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user: 2. 实验部分 2.1. 实验试剂 五水硝酸铋(Bi(NO 3 ) 3 ∙5H 2 O)、抗坏血酸(AA)、铁氰化钾(K 3 [Fe(CN) 6 ])和亚铁氰化钾(K 4 [Fe(CN) 6 ])购自上海阿拉丁试剂有限公司。甲醇(CH 3 OH)、异丙醇(C 3 H 8 O)、乙二醇(C 2 H 6 O 2 )、甘油(C 3 H 8 O 3 )、硫化钠(Na 2 S)、硫酸钠(Na 2 SO 4 )、三乙醇胺(C 6 H 15 N 3 )、氯化钾(KCl)和硝酸(HNO 3 )均采购于上海国药集团化学试剂有限公司。商业TiO 2 (P25)购于德国德固赛公司。以上所有试剂均为分析纯，无需其他处理直接使用。 2.2. 样品的制备 铋纳米球的制备：参考文献合成方法 [ 21 ]。首先称取0.364 g Bi(NO 3 ) 3 ∙5H 2 O于烧杯中，向其中加入10 mL 1 mol/L的稀HNO 3 和50 mL的乙二醇，超声至溶液呈无色透明状。将溶液转移至100 mL的反应釜中，在150℃下反应12小时。反应结束后，取出反应釜，冷却至室温。将反应产物倒至离心管中，离心收集固体。所得固体经水洗，醇洗共5次后，放于40℃真空干燥箱中烘干备用。 Bi/P25复合纳米材料的制备：取0.2 g的P25以及一定质量的上述所得铋纳米球样品(如表1所示)，将其分散在25 mL的异丙醇中，在氮气氛围下常温搅拌两小时。随后，将混合液进行旋蒸除去溶剂。所得固体研磨备用。 Table 1 The content of bismuth nanospheres in the sampl 铋纳米球用量 投料比% (Bi:P25) 样品编号 2 mg 1 BP-1 wt% 6 mg 3 BP-3 wt% 10 mg 5 BP-5 wt% 14 mg 7 BP-7 wt% 18 mg 9 BP-9 wt% 表1. 样品中铋纳米球的含量 2.3. 样品的表征 X射线粉末衍射测试(XRD)采用德国布鲁克公司Bruker D8 Advance的X射线衍射仪测定，铜靶Cu Kα (λ = 1.5406 Å)作为X射线放射源，扫描速度为5˚/min。紫外可见漫反射光谱(DRS)采用Hitachi UH4150固体紫外漫反射仪测试。荧光光谱(PL)采用Hitachi F4600荧光分光光度计测定。 2.4. 光催化产氢性能评价 光催化产氢活性评价使用北京中教金源CEL-SPH2N在线系统进行。具体操作为：首先向玻璃反应器(顶部为石英盖)中加入0.01 g的催化剂和50 mL 20 vol%甲醇水溶液，超声至分散均匀。随后将反应器与测试体系相连，打开真空泵，将反应器抽至真空，使整个体系达到密闭无氧状态。并且通过冷凝循环装置使反应体系的温度维持在10℃。采用气相色谱检测光催化过程中产生的H 2 ，每0.5小时取一次样，并对反应产生的H 2 进行定量分析。 2.5. 光电性能测试 样品的光电化学与电化学测定结果使用上海辰华CHI 760E型电化学工作站采集。测试过程采用标准的三电极体系，Pt丝为对电极(RE)，饱和甘汞电极为参比电极(SCE)，负载材料的电极为工作电极(WE)。光电性能测试使用负载样品的导电玻璃为工作电极，具体制样过程为：首先，向试剂管中加入0.01 g催化剂、1 mL去离子水和10 μL Nafion，超声1 h，制备得到均匀膜溶液。随后，取80 μL膜溶液于处理好的导电玻璃(1 cm × 1 cm)上，风干后作为工作电极。以0.2 M硫酸钠为电解液，采用50 W的氙灯为光源，测试样品的光电流响应。电化学阻抗测试则是以25 mmol/L亚铁氰化钾/铁氰化钾混合溶液和0.1 mol/L的KCl为电解液，滴有8 μL膜溶液的玻碳电极为工作电极。设置扫描频率为0.1~100，000 Hz，振幅为0.005 V，测试样品的导电性能。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 样品的组成 图1为不同质量比的Bi/P25复合材料和P25的X射线粉末衍射图谱。从图中可以看出，商业P25为两种不同的晶型的TiO 2 的混合物，分别为金红石型(ICSD 01-076-0318)和锐钛矿型(ICSD 00-004-0477)。将单质铋与P25进行复合后，样品的主峰未发生明显变化，但在27˚~28˚和39˚~40˚范围内可以观察到明显归属于单质铋的衍射峰出现，并且该峰随着Bi的含量增加而增强，说明单质铋成功负载到P25上。 图1. 不同质量比的Bi/P25复合纳米催化剂和P25的XRD图谱 3.2. 光催化产氢性能研究 查阅文献发现，牺牲剂的种类以及催化剂的投入量对光催化产氢活性有较大影响。因此，分别选取体积比为20 vol%的甲醇、甘油、三乙醇胺的水溶液以及0.1 mol/L的硫化钠和抗坏血酸为牺牲剂，探究牺牲剂对产氢活性的影响。实验结果如图2(a)，图2(b)所示，当牺牲剂为抗坏血酸时，经过4小时的光照，无明显氢气被检测到；当牺牲剂为硫化钠时，样品的产氢活性较低；而牺牲剂为甲醇、甘油和三乙醇胺的水溶液时，样品的产氢速率随着时间的增加而增加，其中20 vol%的甲醇水溶液的产氢速率最高。这表明在该反应体系中，甲醇作为牺牲剂能有效的与空穴反应，促进析氢反应的进行。图2(c)，图2(d)为催化剂的投入量对光催化产氢活性的影响。控制其他条件不变，改变催化剂的投入量为5、10、20和30 mg，探究与氢气产量随光照时间的变化曲线。从图中可以看出，当催化剂加入量为5 mg时，样品的产氢速率最低，约为152 μmol∙g −1 ∙h −1 ；当催化剂的投入量为10 mg和20 mg时，样品的产氢速率十分接近，约为5 mg样品的2.5倍。继续增加催化剂的量，样品的产氢速率并未呈现倍数增长。因此，选取10 mg为催化剂的最优投入量。 图2. BP-5wt%样品光照4小时后的产氢量：(a)，(b) 催化剂用量为10 mg时，改变牺牲剂的种类；(c)，(d) 牺牲剂为20 vol%的甲醇水溶液时，改变催化剂的用量 基于以上结果，最终选择催化剂的投入量为10 mg，牺牲剂为20 vol%的甲醇水溶液，测试不同质量比的Bi/P25纳米催化剂的光催化产氢活性，实验结果如图3所示。纯P25在4小时的全光照射后，产氢量仅为75 μmol∙g −1 。将金属铋与P25结合后，样品的光催化产氢量明显增加，且产氢速率随着质量比的增加呈现先增加后减少的趋势。其中，质量比为5 wt%的Bi/P25样品活性最好，4小时的催化反应活性可达460 μmol∙g −1 ∙h −1 ，是未修饰商业P25 (60 μmol∙g −1 ∙h −1 )的8倍。这表明，在P25上引入金属Bi助催化剂，能显著提升材料的光催化产氢活性。图4为BP-5wt%样品的循环性能测试。从图中可以看出，经过16小时的光照后，样品光催化产氢性能有所下降，造成这种现象的原因可能为反应体系中的牺牲剂随着光照时间的延长逐渐减少，参与空穴消耗的光生电子逐渐增加，因而实际用于产氢的光生电子逐渐减少，进而使样品的产氢活性降低。 图3. 不同质量比的Bi/P25催化剂光催化产氢活性图 图4. 质量比5wt%的Bi/P25样品的循环性能 3.3. 光催化产氢活性增强原因 为了探究BP-5wt%样品活性增强原因，对该样品进行了一系列光电性能测试。图5(a)为样品的光电流响应曲线，其中电流密度越高表明光生电子与空穴的分离效应越高。BP-5wt%样品的光电流密度明显大于商业P25，这表明金属铋修饰的P25复合纳米材料具有更好的光生电子与空穴分离效率，利于光催化产氢反应的发生。图5(b)为样品的电化学阻抗图，从图中可以看出，相比于商业P25，BP-5wt%样品具有更小的阻抗值，这表明单质铋的负载有利于样品内部载流子迁移。荧光光谱反应的是光生电子与空穴的复合能力，荧光强度越强表明光生载流子越易复合，荧光强度越弱表明载流子的复合能力较弱。图5(c)为样品的荧光光谱图，可以发现，商业P25的荧光强度较强而BP-5wt%样品的荧光强度明显降低。因此，通过构筑Bi/P25复合纳米催化剂，能够显著的提高材料内光生电子与空穴的分离效率，使更多的光生载流子迁移到材料表面参与光催化反应。 此外，紫外可见漫反射光谱可以反应材料的光响应范围，并通过Kubellka-Munk公式(ahν) 1/2 = A (hν − E g )能计算出样品的禁带宽度。图6(a)为样品的固体紫外图谱，从图中可以看出，金属铋修饰后的P25样品吸光度显著提升，表明样品对可见光的利用率有所提升。图6(b)为BP-1 wt%~BP-9wt%样品的带隙值，分别对应为2.999、2.930、2.890、2.960和2.908 eV，其中BP-5wt%样品的带隙最小，对应的该样品光催化产氢活性最好。 图5. 样品的光电流曲线(a)、电化学阻抗图(b)和荧光光谱图(c) 图6. 样品的紫外可见漫反射光谱 图7. 金属铋修饰的P25复合材料的光催化产氢活性机制 基于以上实验结果，提出了一种金属Bi作为高效电子助催化剂产氢机制，如图7所示。首先在光的照射下，TiO 2 吸收能量大于等于能带能量的光，电子从价带VB激发到导带CB，产生电子空穴对。随后电子通过肖特基势垒快速迁移到金属铋表面将H + 离子还原成H 2 ，与此同时，牺牲剂与空穴的反应速度比与水的反应速度快，导致电子不断累积，进而发生光催化还原过程。
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user: 4. 结论 本工作首先通过溶剂热法制备出单质铋纳米催化剂，随后采用简单的搅拌旋蒸的方法将单质铋与商业P25进行复合，得到一系列不同质量比的Bi/P25复合纳米材料。并且对反应体系中催化剂的用量和牺牲剂的种类进行优化。光催化产氢活性结果表明，金属铋修饰的P25纳米材料的光催化产氢性能明显高于未修饰的P25。其中，当催化剂投入量为0.01 g，牺牲剂为20 vol%的甲醇水溶液时，BP-5wt%样品的产氢活性最好。结合光电性能测试发现，金属铋的引入能有效提升载流子的迁移率，降低光生电子和空穴的复合效率。金属铋与P25之间形成的肖特基势垒有利于电子的转移，使析氢半反应在金属铋表面更易发生，从而提升了P25的光催化产氢活性。
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user: 摘要 蓟县系雾迷山组是雄安新区目前地热开发的主要地热储层。在雄安新区内，雾迷山组热储层顶面构造埋深为600~4000 m不等，区内被牛东断层、容东断层和牛南断层分割为雄县断块、容城断块和安新断块三个主要的热储断块。蓟县系雾迷山组，经历了多期构造运动(蓟县、加里东、燕山、喜山等)，其地层经历过多期隆升剥蚀作用，雾迷山组残余厚度为600~1400 m不等，南部残余厚度大，北部残余厚度薄。雄安新区开发利用雾迷山组地热水，具有埋藏浅、水量大、矿化度低、水质好等特点。雄安新区地热资源高效开发利用已成为中国地热能高质量发展的示范区。
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user: 1. 引言 2017年4月1日，中央决定在河北省保定市设立国家级新区，包括雄县、容城、安新等三个县城及周边部分区域，要求用最先进的理念和国际一流的水准进行城市设计与规划，并集中疏解北京非首都功能，探索人口经济密集地区优化开发新模式。在雄安新区率先推进地热清洁取暖，则能为地热能资源在全国的利用发挥好示范带动作用 [ 1 ]。 根据前期的地质调查，雄安新区地热水，按其赋存条件可分为二种，一种是赋存于新生界碎屑沉积层的孔隙水，一种是赋存于碳酸盐岩中的溶、裂隙中的基岩裂隙水。由于河北浅层地下水禁止开发，这里只研究基岩裂隙热储层——雾迷山组热储层 [ 2 ]。
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user: 2. 蓟县系雾迷山组热储层地层特征 雾迷山组热储层为雄安新区目前地热开发的主要地热储层 [ 3 ]，其埋深变化较大，在1500~3500 m之间。该套地层主要由一套不同结构的白云岩建造组成，含较多的燧石条带和团块。雾迷山组在整个研究区内都有分布，厚度变化大，从50至1200 m不等。在古隆起的高点区第三纪上新世明化镇组直接覆盖于雾迷山组之上。
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user: 3. 蓟县系雾迷山组热储层岩石化学特征 据雄安新区地热井地层测井统计，蓟县系雾迷山组热储层位于组地层最上部，Rr1井揭露地层厚度174.2 m，储厚比59.13%。Rr3井揭露本组地层729.4 m，储厚比5.31%，孔隙度5.477%。Jtxc井揭露本组地层约550 m，储厚比约22.62%，孔隙度8.82%。XZ1井揭露本组地层约557 m，储厚比约35%，孔隙度5.05% [ 4 ]。 雄安新区雾迷山组经历了漫长地质时期剥蚀、风化、淋滤作用，其溶隙、溶孔发育，形成了地下水储存空间 [ 5 ] [ 6 ]。据现有地热井资料 [ 7 ] [ 8 ]，Rr3井水温51.0℃，单井涌水量100 m 3 /h，单位涌水量2.716 m 3 /h*m，矿化度2.9 g/L，pH值7.13，为CL∙HCO 3 -Na型低温地热资源之温热水，平均孔隙度5.477%，渗透率平均1.14 × 10 −5 um 2 。Rr1井水温 47.2 ℃ ，1994年成井时静水位14.5 m，动水位45.19 m。单井涌水量45 m 3 /h，矿化度2.94 g/L，pH值7.84。为CL∙HCO 3 -Na型低温热水。Ht1号井水温64℃，成井时静水位约67 m，动水位约76 m，水量157 m 3 /h。BZC2井水温68℃，成井时静水位约82 m，动水位约94 m，水量115 m 3 /h。WQHY`井水温68℃，成井时静水位约74 m，动水位约82 m，水量124 m 3 /h。 据Rr3基岩地热井成井后水质化验报告 [ 9 ] [ 10 ]，地热水中主要阳离子为钠离子，含量为856.0 mg/L；主要阴离子为氯离子，含量为1127.4 mg/L，碳酸氢根离子含量为754.2 mg/L。溶解性总固体2.9521 g/L，按矿化度分类为微咸水(1~3 g/L)；pH值7.13，按酸碱度分类为中性水(pH值6.5~8.0)；总硬度(CaCO 3 mg/L) 342.3 mg/L，按硬度分类为硬水(300.24~450.36 mg/L)；碳酸氢根离子的毫克当量百分数为27.7，氯离子的毫克当量百分数为71.3，钠离子的毫克当量百分数为81.9，按水化学类型分类为CL∙HCO 3 -Na型水。
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user: 4. 蓟县系雾迷山组热储层分布特征 雄安新区处于冀中凹陷中部牛驼镇凸起、容城凸起和高阳低凸起的结合部位 [ 11 ] [ 12 ]。论文研究中，利用前期地质调查报告 [ 13 ]、重磁电普查 [ 14 ] 和地震勘探资料，对雾迷山组热储层的分布特征进行较为详细的研究与分析。 4.1. 热储层地震反向特征 前人对本区地热储层的研究大多利用重力和电磁普查资料，精度达不到精细刻画地热储层的要求，论文利用地震资料，对研究区地热储层进行精细刻画。 蓟县系雾迷山组直接被第三系所覆盖，其中在凸起部位覆盖于新近系之下，而在斜坡部位则与古近系接触，表现在地震剖面上具有较强的波阻抗界面，反射能量强，表现为强振幅、连续性较好的反射特征，全区可连续追踪对比(图1)。 图1. 雾迷山组地震反射特征 热储层蓟县系雾迷山组以灰白色石英砂岩为主，而其下的长城系高于庄组为泥质白云岩，岩性上的差异，使得雾迷山组底界具有较清晰的反射，地震反射特征表现为能量中–强，频率较低，可连续对比追踪(图1)。 4.2. 热储层分布 依据雾迷山组热储层顶、底面的地震反射特征，在雄安新区内对雾迷山组热储层进行追踪与解释，确定其分布范围与顶面构造埋深。在构造上，研究区被牛东断层、容东断层和牛南断层分割为雄县断块、容城断块和安新断块三个主要的热储断块(图2)。 图2. 雄安新区雾迷山组顶面埋深图 1) 雄县断块 雄县断块主要位于雄安新区东北部区域，构造整体呈现出东高西低、南高北低的特点；其中东部地区以牛东断层为界，构造呈北北东向的长轴背斜构造，长宽比约为3:1，西部地区以容城断层为界，整体呈现西北倾的单斜构造。牛驼镇凸起顶部为背斜构造，断层十分发育，主要以北西向和北东向次级断层为主，其中，北西向的断层主要分布在背斜构造南部区域，把南部分割成若干个北西向的断块；凸起带北部主要发育北东向的断层，中部主要为两组断层的结合部位，构造复杂，目前在背斜构造钻探的ZM1井，基本位于背斜构造的顶部，埋深700 m。西部斜坡构造整体埋深较大，从1500~4000 m不等，斜坡为东高西低、北西倾，最深4000 m，位于西北部地区，东部与背斜构造相接，斜坡带整体断层不发育。 2) 容城断块 容城断块主要位于雄安新区西北部区域，构造整体呈现出西低东高特点，其中东部地区以容东断层为界，构造呈北北东向的短轴背斜构造，长宽比约为1:2，西部地区以容城断层为界，南部以牛南断裂带为界，整体呈现以容城县城为中心的背斜构造，顶面埋深最浅为700 m，最深位于西北部3000 m。雄安新区内主体埋深在小于2000 m，占整个断块面积的75%以上。 3) 安新断块 安新断块主要位于雄安新区中南部地区，构造整体呈现中间高两侧低特点，其中北部以牛南断裂带为界，两侧分别与保定凹陷和饶阳凹陷相接，中部埋深在3000 m左右，东西两侧埋深较大，在4500 m左右，雾迷山组顶板埋深小于3000米的区域面积在50%左右，东西两侧埋深大于3000米，其中3000~4000 m区域面积约占断块面积的30%，大于4000 m的区域面积为20%左右。 由于蓟县系雾迷山组，经历了多期构造运动(蓟县、加里东、燕山、喜山等)，其地层遭受过多期隆升剥蚀作用，目前的地层厚度主要为剩余的残余厚度。从雾迷山组残余地层厚度图看(图3)，残余厚度从 图3. 雄安新区雾迷山组残余厚度图 600~1400 m不等，南部残余厚度大，北部残余厚度薄。雄县区域，东部地区由于牛东断层的断失作用，近断层薄，往西逐渐增厚，西北部地区由于前古近纪时期处于隆起的高部位地区，造成现今残余厚度较小，西南部地区保存较完整，残余厚度大，达1400 m。容城区域，东部残余厚度小，西部残余厚度大，东部受容东断层的断失影响，局部厚度变小。安新区域，整体残余厚度大于1000 m。
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user: 5. 结束语 雄安新区蓟县系雾迷山组热储层在雄县断块、容城断块和安新断块三个断块均有分布，其特征为： 1) 雾迷山组顶面构造埋深从700~4000 m不等，最浅位于容城县城，最深位于安新断块东西两侧，其中雄县断块，构造西低东高，表现为单斜构造；容城断层表现为以容城县城为中心的背斜构造；安新断块表现为北北东向的马鞍型构造。 2) 雾迷山组残余地层厚度从600~1400 m不等，南部残余厚度大，北部残余厚度薄。雄县区域，东部地区由于牛东断层的断失作用，近断层薄，往西逐渐增厚，西南部残余厚度达1400 m；容城区域，东部残余厚度小，西部残余厚度大，东部受容东断层的断失影响，局部厚度变小；安新区域，整体残余厚度大于1000 m。 3) 雄安新区雾迷山组地热水是赋存于碳酸盐岩中的溶、裂隙中的基岩裂隙水。雄安新区开发利用雾迷山组地热水，钻井深度1500~2500 m，井口水温60℃~85℃，水量80~120 m 3 /h，水化学类型一般为Cl∙HCO 3 -Na型水，矿化度一般为2000~3000 mg/L，矿化度低、水质好。雄安新区地热资源高效开发利用已成为中国地热能高质量发展的示范区。
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user: 摘要 我国离婚率连续多年上涨，离异家庭持续增多，离异家庭青少年群体与日俱增。由于离婚带来的生活成本升高和养育孩子压力的增大，离异父母不得已把孩子交托给祖辈教养，外出务工。在离异家庭中，孙辈是否适应隔代教育，祖辈的教育观念、方式方法是否有利于孙辈的健康成长，这有待商榷。本文以离异家庭青少年为服务对象，通过采用个案工作方法分析离异家庭青少年在隔代教育家庭中存在的问题，帮助其解决心理、行为、学习、家庭关系问题，促使接受隔代教育的离异家庭青少年健康成长，最后进行个案工作反思。
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user: 1. 研究背景 进入21世纪，人们的物质生活、精神文化水平提高和传统思想的快速转变，夫妻之间的婚姻观多元化，夫妻关系也呈多结构的形式 [ 1 ]。截至2019年，我国的离婚率已经连续17年上涨，结婚率持续5年下滑 [ 2 ]。2016年至2019年每年全国登记离婚人数超过400万对，每年粗离婚率达3‰以上 [ 3 ]。 随着离婚率攀升，离异家庭青少群体也在逐渐扩大。离异父母面临着个人生活成本、工作和养育孩子的压力，为维持生计而外出务工，造成孩子与祖辈生活的情况比较常见。与此同时，随着社会老龄化趋势的发展，祖辈照养孩子给离异父母创造便利的工作条件，导致了“隔代教育”的形成 [ 4 ]。但是随着社会不断进步，祖辈育儿经验和教养方式等不一定利于孩子的健康成长。祖辈对离异家庭青少年的教育，受到自身文化素养不高、教育观念滞后、教育方式单一等因素的限制 [ 5 ]。在隔代教育家庭中，离异家庭青少年出现的问题越来越明显，如孩子厌学、孩子与家庭存在沟通障碍、孩子产生自卑、暴躁等心理问题。因此，在隔代教育背景下，解决好离异家庭青少年面临的问题已经是刻不容缓。
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user: 2. 文献研究综述 2.1. 社会工作介入隔代教育问题的研究 笔者以知网为样本，输入“隔代教育问题”、“社会工作”关键词，从检索结果大致分析出社会工作介入的主体多为留守儿童和农村祖辈，介入的家庭多为留守家庭、单亲家庭、陪读家庭，介入的方法多为个案工作、小组，介入隔代教育的问题多表现为祖辈教育方式方法问题、亲子关系问题、学习问题、心理问题、行为问题、孙辈人身安全问题等。在个案工作方法上，刘海燕关注祖辈对孙子溺爱问题、放任问题，希望改变祖辈家庭教育观念和方法。曾建平、罗红平研究祖辈心理焦虑问题、家庭结构重建问题，发现祖辈渴望获得社会支持 [ 6 ]。张丹丹总结出祖辈家庭教育中存在放养孙辈以及对孙辈实行严厉打骂教育两个突出问题。高一唯以一例典型的单亲隔代教养青少年为服务对象，探讨任务中心模式对单亲家庭隔代教养青少年厌学问题的干预是否有效 [ 7 ]。张梅则重点解决隔代教育中亲子关系的问题。在小组工作方法上，文鑫解决青少年在隔代教育背景下亲子感情淡漠、人格发展不健全、交际能力欠缺、思想受到束缚的问题 [ 8 ]；温馨更倾向研究隔代教育中亲子关系的问题；李梦圆和胡婷聚焦于代理父母照顾孩子期间情绪变化，提升祖辈的幸福感 [ 9 ] [ 10 ]。 2.2. 文献述评 关于社会工作介入隔代教育问题，我国学者介入广泛，涉及孩子的行为、心理、情绪、家庭关系和学习的问题，及祖辈教育观念、教育手段的困境。但是社会工作对隔代教育问题的实践存在不足，介入的大方向倾斜于农村，对城市的隔代教育问题介入较少；多运用个案、小组工作两种工作方式介入，社区工作方法介入少见；介入主体多是隔代教育家庭的孙辈，导致在祖辈在隔代教育中出现的问题没有被纠正；极少对离异家庭青少年群体进行介入，并且离异家庭青少年群体是最容易处于隔代教育的境地。综上所述，本文选取离异家庭青少年，尝试从祖孙两辈出发，共同解决隔代教育问题。近年来社会工作专业兴起，社工拥有专业的知识与技巧，能更准确地利用多种视角来解决隔代教育所产生的问题。个案工作作为社会工作三大方法之一，能精准地针对离异家庭青少年及家庭的存在问题进行实质性的帮助。
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user: 3. 个案概况 案主A，女，11岁，父母离异，与奶奶、爷爷、姑姑、弟弟、表妹共同居住。爸爸沉迷于网络赌博欠债后，外出工作，联系较少；妈妈常打电话关心其生活、学习情况。奶奶教育水平较低，教育观念滞后。 3.1. 生理层面 第一，生活作息：案主作息混乱，熬夜打游戏，晚睡晚起，导致成绩下降比较严重，存在不按时早餐吃、爆粗口等行为。第二，身体状况：案主健康状况良好，身形消瘦；奶奶反映案主的不良行为习惯，影响其身体健康，抵抗力变弱经常感冒。 3.2. 心理层面 性格上，案主性格较内向，因父母离异等问题自卑感比较强，觉得周围人都不怎么关爱她，认为奶奶一直偏爱弟弟，负面情绪较多，内心敏感脆弱，心理波动比较大，与奶奶交流比较少，有时拒绝交流。 3.3. 社会层面 第一，朋辈群体：案主喜欢玩游戏，认识较多的游戏朋友，与朋友玩游戏能获得自我成就感；案主易受到朋辈群体的影响，产生偏差行为。第二，学校：学校对离异家庭青少年的关注力度不够；案主成绩不理想，难以吸引老师的关注；案主在学校与其他同学相处一般，有个别知心好友。第三，社区：案主与社区联系不够紧密，社区参与度低。见图1。 图1. 个案A生态系统图
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user: 4. 问题诊断 4.1. 心理自卑敏感 父母离异外出务工，与孩子处理一种脱离的状态。孩子内心情感得不到倾诉，加之周围邻居和同学的议论及“特别”对待，导致其心理郁闷内向自卑。祖辈较多关注孩子身体健康，忽视其心理问题，面对子女的失败的婚姻和破碎的家庭，心理上难免有自怨自艾、郁闷悲观、甚至于与孩子一起顾影自怜，孩子更加敏感脆弱。奶奶与案主的对话多是消极语言，对话氛围压抑沉重，孩子接受负面情绪催眠，渐渐地萌芽出自卑敏感的心理。案主故意对抗奶奶，表达对奶奶教育方式方法的不满，也想挑战奶奶的权威。 4.2. 学习兴趣低、成绩不佳 案主处在青少年时期，自制力不够强大，而学习需要足够的专注，加上没有家长持续的监督，学习成绩就容易下降。奶奶认为学习要“两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书”，学习就要在家看书写字，发展兴趣爱好只是贪玩的借口。案主正是好奇心旺盛的时候，对于新鲜事物跃跃欲试，枯燥乏味的理论知识难以吸引其兴趣。 4.3. 存在不良行为习惯 奶奶忙于琐事，父母外出务工，案主从小未得到正确的指导和约束，加之案主心智不够成熟，辨别事物好坏的能力较弱，在社会化过程中容易学习其他家庭成员的偏差行为；案主的朋友沉迷于网络，有爆粗口的行为，案主得不到正确的引导。案主家庭成员比较复杂，案主模仿的对象太多，对偏差行为没有辨别力，模仿习得并表现在日常生活中。奶奶把案主的不良习惯归因于案主的不懂事和朋友的诱惑，少从自身找原因。不良行为习惯的养成与案主自身脱不了关系，但奶奶不能因家庭琐事为借口，不履行作为监护人监督纠正的义务。 4.4. 家庭感情出现裂痕 案主家庭离异，父母常年不陪伴在其身边。对案主来说，就算父母的远程关心频繁，还是有种鞭长莫及的感觉，不能给予实在的安全感。父母的长期缺席，给案主造成心灵上“被父母抛弃”的创伤感。奶奶已有60岁以上的年纪，要照顾两个孩子和爷爷，在孩子学习和生活照顾方面心有余而力不足；在日常交流方面，孩子对新鲜事物接受较快，奶奶因年纪大脑力下降对新兴事物的学习比较慢，跟不上孩子的思维，与孩子的交流沟通存在障碍。在孩子出现问题时，奶奶常常会自顾不暇，顾此失彼，常常给另一个孩子留下长辈偏心或被抛弃的感觉，出现情感裂痕，影响隔代家庭教育的效果。
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user: 5. 服务目标 针对案主的问题要在服务过程中不断调整方案计划，帮助案主解决行为、心理、学习问题，完善家庭关系，促使案主适应隔代教育，呵护案主健康成长。第一，帮助案主改善心理问题，提升自信心；第二，帮助案主建立个良好的家庭支持系统，修复亲子关系，解决好与奶奶的矛盾；第三，引导案主认识学习的重要性，提高学习兴趣、对学习的责任感，并养成自觉学习的好习惯。