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        西門子反應器中硅碳棒加熱過程

          為此,本文針對西門子反應器中硅碳棒加熱過程,建立了硅碳棒的熱傳遞模型,基于該模型詳細分析了12對棒西門子反應器硅碳棒加熱過程中不同輻射位置以及不同器壁發射率條件下,硅碳棒內部溫度分布和電流密度變化情況,這將對西門子反應器電加熱過程的優化、節能提供一定的技術支撐。采用軸對稱方法建立西門子反應器中硅碳棒的熱傳遞模型,計算過程中所選用的二維軸對稱硅碳棒幾何模型如圖1所示,其中硅碳棒的長度為L,半徑為R,1為對稱軸;;2為邊界,即硅碳棒的表面;;3為底端;;4為頂端。材料選用多晶硅,其電導率、熱容以及熱導率等性質均為溫度的函數。
        模型假設:
          (1)由于熱傳遞而引起的溫度梯度變化要比硅碳棒生長過程半徑變化速度快很多,且電流變化比溫度變化迅速,因此在模擬計算中假設硅碳棒加熱過程為穩態,忽略溫度隨時間的變化以及電流隨時間的變化;
          (2)在模擬計算過程中,忽略硅碳棒軸向溫度變化,即認為硅碳棒在軸向方向上沒有溫度梯度;
          (3)模擬計算過程認為硅碳棒表面溫度均勻。硅碳棒的熱傳遞數學模型在穩態條件下,應用圓柱坐標,可得西門子反應器中硅碳棒內部的熱傳遞方程:其中::為硅碳棒內部徑向位置,T為硅碳棒內部溫度,k(勸為硅的熱導率,與溫度具有如下關系:k(T)-1/一2.2x10一”T3+9x10一Tz一10一T+0.014](2)而9為單位體積生成熱,當硅碳棒用直流電加熱時,q由電流產生的焦耳熱提供,即:9=IJ(r)I/。(T)(3)J(r)=,(T)E(4)其中,J(r)為硅碳棒內部電流密度,E為硅碳棒內部電場強度(乃為硅的電導率,是關于溫度的函數,可表示為:對于直流電加熱,電場強度可表示為:E=dV/dz因此,硅碳棒內部單位體積生成熱可表示為:9=(dV/dz)2(T)其中,dV/dz表示硅碳棒軸向單位長度電壓梯度。將(7)式代人(1)中可得:其中qcqr。以及7rP分別為對流、輻射以及化學反應引起的硅碳棒表面熱損失。對流熱損失為:其中,h為對流系數,其值在20一30W/m2·K,雙為硅碳棒表面溫度,及為硅碳棒表面區域流體平均溫度,其值為1047K;其中:若為硅碳棒表面與反應器壁之間輻射系數,到是硅的發射率瓦和反應器壁發射率。的函數,T為反應器壁溫度,毋為斯蒂芬一波爾茲曼常數,其值為5.67x10一W·m一·K一,R為硅碳棒半徑;R,為反應器壁半徑。http://www.reviewszon.com/

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