多晶硅还原炉内流动与传热过程数值模拟与优化

发布时间：2020-04-03 04:24

【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(CVD reactor)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ANSYS FLUENT15.0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。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。
【图文】：

图 1-1 多晶硅在光伏产业中的应用Fig 1-1 The application of polysilicon in the photovoltaic industry1.2 多晶硅的性质

图 1-2 2017 年全球主要多晶硅企业产能（吨）Fig 1-2 Production capacity of major polysilicon enterprises (tons) in 2017可见，，由于对可再生能源的需求增加，以及减少温室气体和对化石燃料世界上大约 90%的太阳能电池是通过使用单晶或多晶硅晶片技术来生产
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.2

【参考文献】

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本文编号：2612931