多晶硅还原炉内流动与传热过程数值模拟与优化

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1、分类号：TQ051.1学校代码：10697密级：公开学号：201531532专业硕士学位论文SPECIALIZEDMASTER’SDISSERTATION多晶硅还原炉内流动与传热过程数值模拟与优化学科名称：化学工程专业学位类型：工程硕士作者：秦榕指导老师:吴峰教授党土利高工西北大学学位评定委员会二○一八年三月NumericalsimulationandoptimizationofflowandheattransferinpolysiliconreductionfurnaceAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfu

2、lfillmentoftherequirementsforthedegreeofselectingoneinChemicalEngineeringByQinRongSupervisor:WuFengProfessor2018I西北大学硕士毕业论文II第一章摘要随着近几年光伏产业的迅速发展，改良西门子法作为生产硅的主要方法被广泛关注，如何提高产品生产率、优化设备成为近几年的研究热点。本文主要研究了改良西门子法中多晶硅还原炉(CVDreactor)中的流场、温度场及耗能。多晶硅还原炉(CVD)为高温密闭反应容器，对于其内部工况进行准确监测有较大难度。近些年计算机技术不断发

3、展，计算流体力学(CFD)因为具有理论性和实践性得到了广泛应用。本文应用计算流体力学(CFD)在ANSYSFLUENT15.0作为软件平台对还原炉内工况进行了模拟研究。本文采用组分运输模型，考虑到炉内存在剧烈传热模拟计算中选用DO辐射模型，质量速度耦合计算使用SIMPLE算法计算。模拟结果表明：通过对传统还原炉流场及温度场分析，传统还原炉内存在较多气旋和流动死区，炉内温度存在不均匀现象，这些现象都会引起倒棒或“爆米花”硅棒，影响产品质量降低产品生产率。通过改变硅棒直径发现，随着硅棒直径的增加，还原炉内流场、温度场变得更加均匀，所以硅棒直径的增加有利于气相沉积反应的发生

4、。本文在传统还原炉的基础上做出了结构上的改进，通过数值模拟计算得出，改进后的还原炉内流场变得更加均匀，并且在与传统还原炉耗能做出对比之后发现，改进后的还原炉内耗能明显降低。这对实际生产优化传统还原炉提出了较为可行的改进方案。关键词：数值模拟，流体力学，还原炉，流场，温度AbstractWiththerapiddevelopmentofphotovoltaicindustryinrecentyears,theimprovedSiemensmethodasthemainmethodofproducingsiliconiswidelyattention,howtoimpro

5、vetheproductivityoftheirproducts,optimizationofequipmentbecometheresearchfocusinrecentyears.Inthispaper,theflowfield,temperaturefieldandenergydissipationofapolysiliconreductionfurnace(CVDreactor)arestudied.Thepolysiliconreductionfurnace(CVD)isahightemperatureairtightreactionvessel,andit

6、isdifficulttoaccuratelymonitortheinternalworkingconditions.Inrecentyears,computertechnologyhasbeendevelopingcontinuouslyandcomputationalfluiddynamics(CFD)hasbeenwidelyusedforitstheoreticalandpracticalapplications.Inthispaper,computationalfluiddynamics(CFD)wasusedassoftwareplatforminANSY

7、SFLUENT15.0tosimulatetheworkingconditionsofthereductionfurnace.Inthispaper,thecomponenttransportmodelisadopted.ConsideringthattheDOradiationmodelisselectedintheheattransfersimulationcalculationinthefurnace,themassvelocitycouplingcalculationiscalculatedusingSIMPLEalgorithm.Simul