36对电极多晶硅还原炉流场及温度场数值模拟计算介绍

36对电极多晶硅还原炉流场及温度场数值模拟计算介绍1、概述还原炉流场及温度场数值模拟计算主要是描述还原炉内气体流动的流体力学和表面反应动力学模型，应用于多晶硅生产过程模拟，利用流体力学的偏微分方程组，得到还原炉内气体的流场和浓度场及温度场的模拟计算结果，分析底盘进气喷嘴与硅棒相对位置对气体的影响。

1.1 还原炉内多晶硅形成过程SiHCl3与氢的还原在大型钟罩式还原炉内进行。

SiHCl3与H2混合气体经过一套组合喷嘴进入炉体内。

混合气体上升过程中形成稳定的气体射流，受硅芯表面阻力作用形成一定厚度的速度边界层，满足热力学条件时反应气体通过边界层向硅芯表面扩散发生多晶沉积，径向生长。

其描述如下：反应气体转移到基体（硅芯）上；反应气体被基体表面吸附；基体表面化学反应；表面成核与扩散；副产物从基体表面解析；副产物从基体上方移走，重新回到主气流。

2、数值计算方法与模型多晶硅制备采用化学沉降法，具有纯度高、致密度高等有点，但反应在气相中发生，带来了在沉积过程中气体流型稳定性、反应温度分布均匀性、产物浓度平衡性等问题。

将流体力学和表面反应动力学模型应用于多晶硅生长过程模拟，计算还原炉速度流动场、温度场、表面反应及扩散过程，建立生长初始条件和反应过程各组分的理论关系。

各种气体在还原炉内运动规律的数学模型有：流体流动的连续性方程、动量方程、能量方程、辐射传热方程、组分传递与扩散方程及表面反应动力学方程。

3、计算结果分析采用CFD软件对上述模型进行求解运算，得到气体沉降法制备多晶硅的还原炉内气体的流动（流场）、气体浓度、温度（温度场）及沉积速度的分布。

3.1 气体的流动分布（流场）36对电极还原炉的进气喷嘴布置的六方体中心，在相同的气体流量下，喷嘴与硅棒、电极的方位影响还原炉内的气体分布及硅棒表面的气体的速度边界层。

模拟计算机图中可知：混合气流从喷嘴射出，在空间上升经由壁面回流至还原炉底部并流出，整体气体分布较均匀：气体沿着硅芯平滑分布，表面形成均匀分布的气体膜，便于反应沉积的进行。

（３）合理的疏密分布：在流场参数变化率较大的区域（如焊接熔池区、液固两相区等）及几何形状变化剧烈的区域采用较密的网格：（４）正交性：物面上尽可能地保证网格线的正交性，保证边界上的计算精度；（５）单值性：物理域与计算域上点一一对应，不能有网格线相交和重叠。

由于工件上存在较大的温度梯度，尤其是靠近电弧附近，温度梯度最大，离热源越远，温度梯度越小，因此把热源附近的网格分的细一些，而在远离熟源处则采用较粗的网格，这样就可以在不增加单元和节点数量静条件下提高计算精度。

有限元方法的优点之一是能很好地适应物理域复杂的几何形状，可以生成非均匀网格。

图３·１三维模型及非均匀阐格系统示意｛耋｛ＡＮＳＹＳ中网格类型有自由网格和映射网格两种。

自由网格对于实体模型无特殊要求。

对任何几何模型，规则的或不规则的，都可以进行网格划分，并且没有特定的规则。

所用单元形状取决于对面还是对体进行网格划分，自由面网格可以只由四边形单元组成，也可以只由三角形单元组成，或由两者混合组成：自由体网格一般限图４—１（ｂ）为焊接时问为０．２ｓ时温度情况，可以看出，在焊接热源作用下，电弧下方中心处工件温度迅速升高，工件开始熔化，并出现少量液相。

图４．１（ｃ）．（ｇ）即０．２ｓ，１．２ｓ时间段，随着焊接过程的进行，热输入量增加，焊接熔池温度不断升高。

液态金属量逐渐增多，熔池沿着径向和轴向两个方向扩展。

其中径向方向的扩展更为明显。

这主要是因为焊接初期，热传导起主要作用，形成的熔池体积较小，流体流动速度较低，等离子流力和电磁力纵向的挖掘作用较弱，因此熔池主要沿着径向方向扩展，轴向也伴随有一定程度的扩张。

焊接熔池形状近似成半椭圆形，并以椭圆形为基础逐渐长大。

图４一ｌ（ｈ）一（ｎ）即１．４ｓ．２．４ｓ时问段，随着焊接时间的延长，热输入量继续增加，焊接熔池液态金属量增多，液态金属的运动也逐渐加剧，此时熔池主要沿轴向方向扩展，熔深增加，直至熔透，径向方向上熔池尺寸也有一定程度的增加。

多晶硅还原炉气相平衡计算与分析多晶硅还原炉是制备多晶硅材料的关键设备，其性能和效率直接影响到多晶硅材料的质量和生产成本。

而气相平衡计算与分析是研究多晶硅还原炉的重要方法之一，可以帮助我们理解炉内反应的机理并有效地改进炉内过程。

在本文中，我们将对多晶硅还原炉气相平衡计算与分析进行详细阐述。

在多晶硅还原炉中，主要的反应过程是硅石和焦炭在高温下发生反应生成硅气和CO气。

硅气是制备多晶硅的原料，而CO气是副产物。

因此，炉内硅气浓度的均匀分布和高浓度的维持是提高多晶硅材料产率和质量的关键。

为了进行气相平衡计算与分析，我们需要建立适当的反应模型和热力学平衡条件。

反应模型是描述硅石与焦炭反应的动力学和热力学过程的数学表达式。

热力学平衡条件是指在反应过程中，各组分气体的浓度满足热力学平衡条件，即各组分气体的化学势相等。

通过求解反应模型和热力学平衡条件，可以得到在给定反应条件下炉内各组分气体的浓度分布和反应温度的影响。

在进行气相平衡计算与分析时，我们需要考虑多种因素，如炉内温度分布、反应速率常数、反应物质的染料和传质过程等。

需要利用热力学数据库中的反应热力学数据、传递速率的基本原理以及传质模型来进行分析。

在多晶硅还原炉中，硅气浓度的分布对多晶硅文斯坦的产率和质量有着重要影响。

通过气相平衡计算与分析，可以确定最佳的反应温度和反应物料比，以获得高浓度和高产率的硅气。

此外，在多晶硅还原炉气相平衡计算与分析中，还需要考虑其他因素，如反应器的设计和操作参数的优化。

反应器的设计包括炉内反应区的尺寸和形状以及各种反应区域的温度控制方法。

操作参数的优化包括反应温度、反应压力和反应物流速的控制。

总的来说，多晶硅还原炉气相平衡计算与分析是研究多晶硅材料制备过程中的重要方法之一、通过这种方法，可以优化炉内反应条件，提高多晶硅材料的产量和质量。

在未来的研究中，还可以进一步研究多晶硅还原炉的数值模拟和实验验证，以改进炉内过程的操作和设计。

36对电极多晶硅还原炉流场及温度场数值模拟计算介绍在多晶硅生产过程中，电极还原炉是一个至关重要的设备，用于将气相中的氯化硅还原成多晶硅。

在电极还原炉内，通过电弧加热的方式使氯化硅还原成多晶硅，并最终沉积在电极上。

为了更好地了解电极还原炉内的流场和温度场分布情况，可以进行数值模拟计算。

数值模拟计算是通过建立数学模型，利用计算机进行计算，模拟实际物理过程。

在电极还原炉流场及温度场数值模拟计算中，可以采用计算流体力学（CFD）方法，结合传热传质理论，对电极还原炉内气体流动和传热过程进行模拟。

通过数值模拟计算，可以获得电极还原炉内的温度分布、气体流动速度和压力分布等关键参数，为优化电极还原炉设计和操作提供重要参考。

在进行电极还原炉流场及温度场数值模拟计算时，首先需要建立电极还原炉的几何模型。

通常可以采用计算机辅助设计（CAD）软件对电极还原炉进行三维建模，包括炉体、电极、电弧等关键部件。

建立几何模型后，需要进行网格划分，将计算区域离散化为小的网格单元，以便进行数值计算。

接下来，需要建立物理模型和数学模型。

在电极还原炉内气体流动和传热过程中，需要考虑流体的动量守恒、能量守恒和质量守恒方程，以及气体的热传导、辐射传热和对流传热等物理过程。

通过建立这些方程组，可以描述电极还原炉内的流场和温度场分布情况。

通过电极还原炉流场及温度场数值模拟计算，可以获得电极还原炉内关键参数的变化规律，为优化设备设计和操作参数提供指导。

同时，数值模拟计算还可以节约成本、降低风险，提高生产效率和产品质量。

因此，电极还原炉流场及温度场数值模拟计算在多晶硅生产中具有重要的应用价值。

一种新型多晶硅还原炉流动与传热的数值模拟黄哲庆;刘春江;袁希钢【摘要】在传统多晶硅还原炉结构基础上,提出了一种内部流场为平推式流动的新型多晶硅还原炉,并采用计算流体力学方法研究了该还原炉内的速度场和温度场.流场模拟结果表明,新型多晶硅还原炉内混合气的流动基本上实现了平推式流动；温度场模拟结果发现,通过改变操作参数,采用平推式流动可实现炉内温度场的控制,解决了传统还原炉局部温度过高的问题,可避免硅粉的产生,长期保持还原炉内壁面的抛光效果,降低还原炉辐射电耗；计算结果表明,在相同的条件下,采用新型多晶硅还原炉的还原电耗较传统还原炉可降低8.5％.%Based on the traditional polysilicon reduction furnace, a novel polysilicon reduction furnace is presented. The velocity and temperature fields are simulated by using computational fluid dynamic. The simulation result of the flow field shows that the flow pattern of the gas mixture in the novel furnace is plug flow, which is fundamentally different from that in traditional furnace. The simulation shows that the temperature field in the novel furnace can be controlled by changing the operating parameters, which solves the problem of high local temperature in traditional furnace, avoids the generation of the silicon powder and reduces the radiation power consumption. The energy consumption in the novel furnace is 8. 5% lower than that in the traditional furnace.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2013(064)002【总页数】6页(P484-489)【关键词】多晶硅;还原炉;数值模拟【作者】黄哲庆;刘春江;袁希钢【作者单位】天津大学化工学院,化学工程联合国家重点实验室,天津300072;天津大学化工学院,化学工程联合国家重点实验室,天津300072;天津大学化工学院,化学工程联合国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TN3引言随着石化资源的枯竭，新能源的开发具有十分重要的意义，其中太阳能发电以其具有清洁性和储量丰富得到迅速发展[1－3]。

热处理过程中温度场的数值模拟及分析热处理是一种常用的金属加工工艺，通过控制金属材料的加热与冷却过程，可以改变金属材料的组织结构和性能。

温度场是热处理过程中重要的参数之一，直接影响着金属材料的组织和性能的形成与变化。

因此，准确地模拟和分析热处理过程中的温度场对于优化工艺、改善产品质量具有重要意义。

数值模拟是研究温度场的有效方法之一。

它基于数学模型和计算方法，通过计算机的数值计算来获得温度场的分布情况。

在热处理过程中，温度场的分布受到多个因素的影响，如加热功率、材料热导率、热辐射、对流散热等。

数值模拟通过建立数学模型，考虑这些因素，并进行相应的计算，可以得到较为准确的温度场分布。

首先，进行数值模拟需要选择适当的数学模型。

在热处理过程中，常用的模型有热传导方程、能量方程等。

热传导方程是研究物体内部温度分布的基本方程，它考虑了热传导过程中的温度梯度对热流的影响。

能量方程则是考虑了热源与物体之间的热交换过程，可以更全面地描述温度场的变化。

其次，进行数值模拟需要确定边界条件。

边界条件是指在模拟过程中与外界接触的部分，它对于温度场的分布起着重要的影响。

常见的边界条件有热流、热辐射和对流散热等。

热流边界条件是指物体表面受到的外部热量输入或输出，热辐射边界条件是指物体表面受到的辐射热量，而对流散热边界条件则是指物体与周围介质间的热交换。

然后，进行数值模拟需要进行网格剖分。

网格剖分是将模拟区域分成小的单元，用于离散方程和计算。

在温度场的数值模拟中，常用的网格剖分方法有结构化网格和非结构化网格。

结构化网格是指将模拟区域划分为规则的矩形或立方体单元，易于计算和分析。

非结构化网格则是将模拟区域划分为任意形状的单元，适用于复杂几何形状和不均匀材料性质的模拟。

最后，进行数值模拟需要选择合适的求解方法。

在热处理过程中，常用的求解方法有有限差分法、有限元法和边界元法等。

有限差分法是基于差分逼近的一种方法，将参与方程离散化成代数方程，并通过迭代计算得到数值解。

电弧炉炉内流场与温度场的模拟与优化电弧炉是一种常用的冶炼设备，广泛应用于钢铁、有色金属等工业领域。

炉内流场与温度场的模拟与优化是改进电弧炉冶炼效果和能耗节约的重要途径。

本文将从模拟与优化两个方面探讨电弧炉炉内流场与温度场的相关问题。

首先，模拟电弧炉炉内流场的计算方法是实现优化的基础。

流场模拟可以通过数值计算方法进行，其中最常用的方法是计算流体力学（CFD）模拟。

CFD模拟通过建立数学模型和物理模型，采用数值解法计算流场、温度场和化学反应等相关参数。

通过模拟电弧炉炉内流场，可以分析和优化炉内的各项参数，如进料速度、电极间距、电弧电流等。

通过调整这些参数，可以提高炉内的能量利用率，减少能源浪费，提高冶炼效率。

其次，优化电弧炉的炉内流场有助于改善炉内加热和混合效果。

流场的优化可以通过调整电极位置、改变底部的浇注方式等措施实现。

例如，通过调整电极位置，可以使电弧焦点更好地与料液接触，提高炉内物料的均匀加热效果。

在浇注方式上，可以采用多孔底板、旋流装置等技术手段，改善炉内的炉料混合效果。

通过优化炉内流场，可以提高炉内物料的混合均匀性，减少温度差异，避免局部过热或过冷的情况出现，提高冶炼效果。

另外，电弧炉炉内温度场的模拟与优化也是提高冶炼效果的重要方法。

优化温度场有助于控制冶炼过程中的温度分布，提高产品质量。

通过模拟炉内温度场，可以针对不同部位的温度进行调整和优化。

例如，在炉内壁面温度过高的情况下，可以采取降温措施，如利用冷却水等进行冷却，防止炉壁过热。

对于炉内物料的温度场，可以通过优化加热方式，调整进料速度等措施实现。

通过优化温度场，可以减少产品中的温度变化，提高产品的均匀性，降低质量波动。

总的来说，电弧炉炉内流场与温度场的模拟与优化是改进冶炼效果和能耗节约的重要途径。

通过模拟流场和温度场，可以分析和优化炉内的各项参数，如进料速度、电极间距等，提高冶炼效率和节约能源。

通过优化流场和温度场，可以改善物料的加热和混合效果，提高产品质量。

多晶硅还原炉还原过程能耗及预测解析发布时间：2021-05-14T06:43:18.719Z 来源：《中国科技人才》2021年第8期作者：葛俊远[导读] 在生产多晶硅的过程中，还原工艺具有较大能耗，还原工艺主要是利用还原炉，还原炉内部硅棒表面高温需要消耗较多的电能。

新特能源股份有限公司新疆乌鲁木齐 830011摘要：多晶硅还原炉的能量主要来源于硅棒电阻性发热，保障炉内发热温度在1100℃左右，在硅杆表面持续性的开展气相沉积反应，从而形成晶体硅。

在生产晶体硅中，硅棒直径逐渐变细，同时会变小电阻，技术人员通过调整电源系统的功率，可以满足还原炉硅棒的热量要求。

本文分析了多晶硅还原炉还原过程的能耗，同时开展预测解析，促进多晶硅企业生产发展。

关键词：多晶硅还原炉；还原过程；能耗分析；预测解析在生产多晶硅的过程中，还原工艺具有较大能耗，还原工艺主要是利用还原炉，还原炉内部硅棒表面高温需要消耗较多的电能。

多晶硅还原炉沉积生产阶段比较复杂，能耗时刻都在发生变化，因此在实际生产阶段很难预测下一刻的能耗，增加了生产控制难度。

因此本文分析了多晶硅还原炉还原过程的能耗，并且预测下一时段的能耗，提高还原沉积过程能耗控制性，保障工艺人员可以高效的控制还原炉操作。

可以对比预测内容和实际，及时发现多晶硅还原炉异常问题，保障多晶硅生产的持续性，避免浪费大量的能源。

一、多晶硅还原炉还原过程能耗和预测的背景半导体和电子信息以及太阳能产业的重要材料为硅材料，硅材料是世界重要的可再生能源，可以支持全区高科技和能源领域发展。

当前全区化石能源都面临着枯竭，需要利用太阳能代替化石能源。

但是光伏行业原料具有较高的成本，能源消耗比较大。

太阳能行业不断发展，也逐渐增加了硅材料的需求量，多晶硅生产关系到全世界光伏行业的发展。

【1】当前全球都面临着能源危机，不断大范围的开采不可再生能源，同时也在积极寻找可再生能源。

太阳能资源属于重要的代替能源，而多晶硅属于重要的原材料，在太阳能产业发展过程中发挥着重要的作用。

多晶硅还原炉气相温度
多晶硅还原炉的气相温度是一个复杂的问题，因为它受到许多因素的影响。

首先，还原炉的操作参数，如炉内压力、气体流速和温度梯度等都会对气相温度产生影响。

其次，原料的质量和性质也会对气相温度产生影响，比如原料中杂质的含量、颗粒大小和形状等。

此外，还原炉的结构和材料也会影响气相温度，比如炉体的保温性能和传热效率等。

从操作参数的角度来看，还原炉的气相温度通常受到炉内气体流动速度、加热温度和原料的进料速度等因素的影响。

高流速和高温度会导致气相温度升高，而原料的进料速度则会影响气相温度的分布和稳定性。

从原料性质的角度来看，原料中的杂质和颗粒大小会影响反应的速率和热量的释放，从而影响气相温度的分布和稳定性。

此外，还原炉的结构和材料也会对气相温度产生影响。

炉体的保温性能和传热效率会影响炉内温度的分布和稳定性，从而影响气相温度的控制和稳定性。

综上所述，多晶硅还原炉的气相温度受到多种因素的影响，包括操作参数、原料性质和还原炉的结构和材料等。

要全面了解和控制气相温度，需要综合考虑这些因素并进行合理的调控。

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中国电子报/2009年/4月/24日/第011版材料四川新光硅业科技有限责任公司总经理陈绍章研究开发36对棒多晶硅大型节能还原炉最近10年来，多晶硅的需求量随全球光伏发电热潮以每年40%以上的幅度急速增长。

在供不应求的市场条件下，多晶硅现货价格从2005年的每千克35美元一路攀升至2008年9月份每千克480-500美元的历史最高峰。

但是，国际金融危机爆发后，多晶硅现货价格从高位狂泻不止，短短5个月中就跌破了每千克100美元，且仍没有回稳迹象。

多晶硅价格战或将上演以前，多晶硅千吨级生产线技术被海外7家公司垄断，暴利很大程度上是垄断的产物。

四川新光硅业科技有限责任公司的建成并达产，宣告中国已经完全掌握了千吨级多晶硅生产技术，打破了国外企业长达半个世纪的技术封锁，正式加入了“国际多晶硅高端俱乐部”。

这同时也引爆了国内多晶硅的投资和建设热潮，在不到两年时间里，全国已有30多个千吨级多晶硅项目开始投资建设，规划总产能超过15万吨，投资规模超1000亿元。

目前，国际上各大多晶硅公司的扩产产能已经开始释放，加之国内多家公司也已投产，供需结构出现变化，多晶硅进入了自由竞争时代，可以说价格跌破每千克100美元是利润的合理回归。

多晶硅行业暴利时代的结束，使一些正在建设中的多晶硅项目的公司放缓了施工进度，一些规划中还未开工的项目则被取消。

今明两年，国内多晶硅公司很可能上演激烈的价格战，行业大洗牌不可避免，谁占有成本优势、技术优势和质量优势，谁就能成为行业竞争中的领跑者。

光伏产业将重回快速发展轨道一直以来，我国的光伏产业发展受到“两头在外”的双重制约，九成以上原材料依赖进口，九成以上产品用于出口。

这种情况大大制约了我国光伏产业的发展，也大大削弱了我国光伏企业抵御市场风险的能力。

为了改变这种不健康的行业状况，财政部与住房和城乡建设部于2009年3月底发布了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》(以下简称《资金办法》)、《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》(以下简称《实施意见》)，支持开展光电建筑应用示范，实施“太阳能屋顶计划”。