基于Fluent对多晶硅还原炉的三维数值模拟及其优化_姚心

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1、·48·有色冶金节能□新能源毄櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓毄櫓櫓櫓新能源櫓毄櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓毄基于Fluent对多晶硅还原炉的三维数值模拟及其优化姚心汪绍芬严大洲(中国恩菲工程技术有限公司，北京100038)［摘要］基于Fluent仿真计算平台，对多晶硅还原炉进行了三维数值模拟，得到了还原炉内部的流场、温度分布，其结果与现场运行情况基本吻合;结合其模型，对现场运行中影响多晶硅产量、质量和安全生产的一系列问题进行了探讨，提出了在还原炉结构、进气气量、进气方式、硅芯高度、冷却系统等

2、方面的优化思路，可以为设计和操作人员改进设计和控制提供理论指导。［关键词］多晶硅还原炉;数值模拟;Fluent［中图分类号］TM425;TN3［文献标识码］A［文章编号］1008－5122(2011)04－0048－05Three-dimensionalNumericalSimulationandOptimizationofPolysiliconReductionFurnaceBasedonFluentYAOXin，WANGShao-fen，YANDa-zhouAbstract:BasedonFluentsimulationcalculationplatfo

3、rm，three-dimensionalnumericalsimulationofpolysiliconreductionfurnacewasperformed，theinternalflowfieldandtemperaturedistributionofreduc-tionfurnacewasobtained，anditsresultswereinaccordancewithfieldrunningconditions．Combinedwithitsmodel，aseriesofproblemswhichaffectpolysilicon'sproduc

4、tion，qualityandsafetyproductioninthefieldoperationwerediscussed，andtheoptimizingthreadforstructureofreductionfurnace，volumeofgasinlet，wayofinletgas，heightofsiliconcore，coolingsystem，etc．wereputforward，whichcanpro-videtheoreticalguidanceforthedesignerandoperatortoimprovetheirworks．K

5、eywords:polysiliconreductionfurnace;numericalsimulation;Fluent度;②物料在炉内的分布不够均匀，硅棒各部分密度1综述及粗细不均;③气量控制不够合理，局部气体更新速多晶硅还原炉是多晶硅生产中产出最终产品的度慢;④炉内温度分布不均，局部反应区反应较慢;核心设备，也是决定系统产能、能耗的关键环⑤一些区域温度过高，硅棒融化，产生“玉米棒”。［1－2］合理地改进还原炉结构并有效优化还原炉内进料配节。目前，在洛阳中硅24对棒还原炉生产多晶硅棒的过程中，存在着以下问题还需要进一步解决:比、气速、压力等参数，保证还

6、原炉内反应区的流场、①物料配比和系统压力的优化，以加快硅棒生长速温度场和浓度场的均匀性和合理性，是有效提高多［3］晶硅质量，降低电耗物耗的重要环节。但由于还［收稿日期］2010－11－20原炉内多晶硅生产的密闭高温环境，对炉内各观测［作者简介］姚心，福建省闽清人，硕士，工程师，从事计点参数的测量和控制比较困难，而炉内极为复杂的算流体力学仿真和设备设计工作。流动、对流传热、辐射和气相沉积反应的耦合场难以2011年8月第4期基于Fluent对多晶硅还原炉的三维数值模拟及其优化———姚心汪绍芬严大洲·49·

7、［7］通过人工计算进行分析。系数方程。Fluent是用于在复杂几何体中进行模拟流体流(2)温度场模型。多晶硅生长过程中的热量主动和热传导的计算机应用软件，从上世纪90年代以要由电极供给。外部供电的电能由电极传导至硅来已经被广泛应用于石油化工、航空航天、汽车工业棒，使其保持较高温度。其热量以混合气体为介质，等领域，对相应的设计、生产有显著的指导意进行辐射传热，从提供反应域的温度环境开始，经历［4－5］义。国内的一些设计单位和制造厂，如SEI、由辐射、对流方式传递给壁面和底盘固体壁面，固体SSEC、上海森松等，已经建立了相应的

8、团队专门从壁面通过热传导传递给与壁面循环冷却系统的交