《表1 物性材料参数：保温层结构对感应加热制备太阳能级多晶硅影响的数值模拟研究》

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《保温层结构对感应加热制备太阳能级多晶硅影响的数值模拟研究》

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以实验室自制的真空感应多晶炉实体进行模型建立，采用专业晶体生长模拟软件CGsim进行试验分析。该软件可以对晶硅铸锭的生长过程进行模拟，能对炉体内的温度场和熔体流动场进行准确预测，还能进一步对不同生长阶段的功率、固液界面和晶体质量等进行分析研究。试验步骤分为创建几何模型，定义物性参数，划分网格，定义边界条件、设定初始功率，运行参数。在计算过程中考虑各部件之间的热辐射、相变潜热、热传导、熔体对流传热。基于铸锭炉几何结构的对称性，本实验中采用二维轴对称模型进行分析，对坩埚、保温材料、感应线圈、冷却水管、底部支撑装置等主要部件进行了二维简化，研究真空感应多晶炉内部保温层的变化对硅溶液流动行为、固液界面形貌以及熔体内氧含量的影响。大量研究结果证实，采用上述简化方法和分析手段所获得的模拟结果具有较高的准确性和可靠性[10-12]。图1（右）所示为轴对称炉体结构，采用电磁感应方式进行加热，将冷却水通入线圈内部，冷却水和炉壁外侧维持恒定温度T0为300 K。空白区域表示真空区域。为提高计算精度，在硅熔体、晶体及固液界面附近进行网格细化，其余部分进行自由网格划分，网格划分情况如图1（左）所示。表1所示为试验采用材料物性参数。试验中，感应线圈频率为1000 Hz，坩埚内熔体高度为H=100 mm，直径R=110 mm，坩埚下降速率为10 mm/h。