[发明专利]一种对多晶硅CVD反应器辐射热损失的预估方法

摘要

一种对多晶硅CVD反应器辐射热损失的预估方法，基于蒙特卡洛法来准确获得辐射换热的关键技术参数——角系数，进而准确地求得CVD反应炉内的辐射热损失。本发明可以快速、准确地预估多晶硅CVD反应器的辐射热损失，其适用范围很广，尤其适用于任意硅芯对数和复杂结构的反应器。采用本发明提出的辐射热损失预估方法，可以为多晶硅CVD反应器的操作人员提供更加准确的辐射漏热数据，从而实现对工作电流的准确调控甚至为自动化控制提供必要的反馈信息，确保还原炉内硅芯的温度控制在更加准确有效的范围内，大大节约了反应耗能，并提高多晶硅产品的质量和生产的成品率，为企业带来极大的经济效益和社会价值。该方法同样适用于其它复杂结构的反应器的辐射漏热预估。

主权项

1.一种对多晶硅CVD反应器辐射热损失的预估方法，其特征在于：基于蒙特卡洛法即统计方法，利用随机数进行统计以统计特征值获得辐射换热的关键参数——角系数，实现CVD反应器中由硅棒即发热体辐射而被CVD反应器壁面吸收的辐射热损失，具体过程如下：第一步，将CVD反应器壁面发射的辐射能量分成无数能束，每个能束具有等效能量，壁面所发射的能量即为此壁面发出的能束所携带的能量之和；第二步，在以CVD反应器中心为原点的坐标系内，给定硅芯数目及其各自的空间分布位置以及几何结构条件；第三步，以随机数n₁在此坐标系内确定角度θ₁＝2·π·n₁，进而确定发射光线发射点位于壁面的空间位置：x₀＝R_reactor·cosθ₁，y₀＝R_reactor·sinθ₁，该发射点与原点o相连所得直线1的斜率k₁＝tanθ₁，及通过发射点并与壁面相切的直线2的斜率k₂＝-1/k₁；再以随机数n₂确定发射光线与直线2的夹角θ₂＝π·n₂，得出发射光线的斜率由此得出发射光线的轨迹线方程：y＝y₀+k₃(x-x₀)，其中R_reactor为反应器的半径；第四步，根据第二步中硅芯的位置和第三步中的发射能束轨迹线方程，通过点到直线的距离公式，得到反应器内各硅棒即发热体圆心到能束轨迹线的距离d，当d小于或等于硅棒即发热体半径R时，发射能束即光线与硅棒即发热体表面相交，记录这些硅棒即发热体的信息；第五步，由于能束仅能与单一硅棒相交，针对第四步硅棒编号，依据距发射点的距离最小法则，确定相交的硅棒编号即能束被该硅棒接收，并对该硅棒接收到的光线数量进行数据统计；第六步，重复第三至五步，逐个产生、发射、跟踪和统计每一能束运行轨迹和接收状态，从而得到最终结果，根据每个硅棒表面吸收能束的数量和所发射的能束总数，确定CVD反应器壁面对硅棒表面的角系数；第七步，根据辐射换热角系数的相对性原理，由第六步得到的CVD反应器壁面对硅棒表面的角系数来确定每一个硅棒表面对CVD反应器壁面的角系数；第八步，根据辐射传热网络，得出各表面的有效辐射传热的方程组，联立求解得到由硅棒表面辐射而被CVD反应器壁面吸收的辐射热损失。