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阴极炭块石墨化后铝电解槽热场的数值模拟及优化

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轻金属 2024年第5期 20-26页

作者：邢涛邓胜祥上海工程技术大学机械与汽车工程学院能源与动力工程系上海201620 上海工程技术大学新能源与节能新技术研究所上海201620

阴极炭块石墨化是如今铝厂改型升级的重要手段,首先通过COMSOL仿真软件对石墨化阴极炭块铝电解槽切片模型进行热场数值模拟,发现石墨化阴极炭块温度分布均匀,最高温度为933.05℃。其次,对某铝厂使用石墨化阴极炭块后进行能量平衡测试,... 详细信息

阴极炭块石墨化是如今铝厂改型升级的重要手段,首先通过COMSOL仿真软件对石墨化阴极炭块铝电解槽切片模型进行热场数值模拟,发现石墨化阴极炭块温度分布均匀,最高温度为933.05℃。其次,对某铝厂使用石墨化阴极炭块后进行能量平衡测试,能量总支出占总收入的97.22%,收支较为平衡。最后,通过增加阳极覆盖料厚度以及在底部和侧部增加纳米保温材料的方法来优化热场,保温层厚度为96 mm时,每毫米增加1.43℃,保温效果最佳。

关键词：铝电解槽阴极炭块数值模拟热场测试热场优化

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泡生法生长蓝宝石单晶的热场改进与模拟优化

人工晶体学报 2011年第1期40卷 83-87页

作者：汪传勇左然 Andrey Smirnov Kirill Mazaev 江苏大学能源与动力工程学院镇江212013 STR Group St. Petersburg 194156Russia

在泡生法蓝宝石单晶生长中,单晶炉内的热场对晶体质量至关重要。本文首先对单晶炉的顶部热屏、环形加热器和炉底保温进行了改进,然后结合计算机数值模拟,对热场改进前、后晶体的轴向和径向温度梯度、晶体表面温度分布、加热器功率等进... 详细信息

在泡生法蓝宝石单晶生长中,单晶炉内的热场对晶体质量至关重要。本文首先对单晶炉的顶部热屏、环形加热器和炉底保温进行了改进,然后结合计算机数值模拟,对热场改进前、后晶体的轴向和径向温度梯度、晶体表面温度分布、加热器功率等进行分析对比。结果表明:改进后的倾斜热屏增强了单晶炉内的辐射传热,对已生长出的晶体起到了后热作用,降低了晶体内的热应力;对加热器和底部钼保温层的改进,减小了加热器与坩埚间的热阻,增强了炉内的保温作用,使加热功率降低了约8%。

关键词：泡生法蓝宝石单晶热场优化数值模拟

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多晶硅定向凝固过程节能优化的数值模拟研究

云南科技管理 2018年第1期31卷 50-52页

作者：张明宇罗涛杨玺吕国强马文会云南省能源研究院有限公司云南能投新能源投资开发有限公司云南昆明650228 昆明理工大学冶金与能源工程学院云南昆明650093

在多晶硅定向凝固过程中,热场对晶体生长及节能降耗起到了至关重要的作用。借助模拟软件,对多晶硅定向凝固的热场进行数值模拟。通过对比发现,在热场中添加一个保温块能够有效降低凝固能耗,改善炉内温度条件,优化多晶硅凝固过程中的流... 详细信息

在多晶硅定向凝固过程中,热场对晶体生长及节能降耗起到了至关重要的作用。借助模拟软件,对多晶硅定向凝固的热场进行数值模拟。通过对比发现,在热场中添加一个保温块能够有效降低凝固能耗,改善炉内温度条件,优化多晶硅凝固过程中的流动、界面等条件。

关键词：定向凝固节能数值模拟热场优化

大尺寸铸造单晶硅炉热场设计和位错机理的数值与实验研究

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大尺寸铸造单晶硅炉热场设计和位错机理的数值与实验研究

作者：韩晓敏江苏大学

学位级别：硕士

高效率、低成本晶硅太阳电池的大规模生产是实现光伏平价上网的前提条件。为了提高铸造单晶硅的单晶率,并降低位错等缺陷,本文首先采用数值模拟方式建立了G6小型定向凝固炉与G7新型大尺寸炉的传热传质数值模型;其次采用以数值模拟为主... 详细信息

高效率、低成本晶硅太阳电池的大规模生产是实现光伏平价上网的前提条件。为了提高铸造单晶硅的单晶率,并降低位错等缺陷,本文首先采用数值模拟方式建立了G6小型定向凝固炉与G7新型大尺寸炉的传热传质数值模型;其次采用以数值模拟为主、实验为辅的方式,对比分析了G6炉与G7炉在生长铸造单晶硅过程中热场的优势和劣势;然后根据前述G7炉中存在问题对底部格栅进行设计,并通过模拟与实验方式验证设计方案的可行性;最后,利用晶界工程理论,针对G7炉中籽晶对位错的影响机理,进行了三组实验研究。具体内容如下:(1)根据国内外有关晶体硅生长的文献以及作者自身的实践,对大尺寸铸造单晶硅的生长工艺及炉体结构、国内外研究现状、以及其中若干重要问题进行了详细介绍和讨论,包括传热传质机理,位错生成机理,固/液界面,少子寿命的影响因素等。为了解太阳能级硅晶体的生长,提供了详细的背景材料。(2)针对G6炉和G7炉进行数值建模,对比分析两种炉型中硅晶体结晶为10%、50%和90%状态下的热场及流场情况。结果表明:G6炉通过隔热笼的提升辐射换热,整体为W型固液界面,长晶前中期易出现侧部翘曲,导致侧部多晶侵入,不利于单晶面积保持,且侧部散热方式不易改善。G7炉型由于尺寸升级及散热通道为底部中心水冷铜盘,长晶前中期固液界面凸度较大,且受到底部格栅及加热器影响,支撑块热量流失不均匀,不仅不利于生长晶向保持,还会产生热应力导致生长过程中位错的生成。(3)针对G7炉热场存在问题,提出三个格栅设计方案——隔层格栅、隔层打孔格栅和金字塔格栅。针对三种方案模拟硅晶体结晶为10%、50%和90%状态下的热场及流场情况。结果表明:与条状格栅相比,三种格栅方案在长晶初期,由于阻隔了与水冷铜盘的辐射换热,提高了支撑块散热均匀性,优化长晶初期固液界面。在长晶中后期,隔层格栅与隔层打孔格栅两种方案虽然热流密度更均匀,但由于热量流失较少引起侧部偏热,使固液界面凸度变大。金字塔格栅方案中心隔层厚度最大,厚度逐步减小,侧部留有足够空间。热量流失更均匀,固液界面更平整。结合实验,金字塔格栅方案更有利于保持固液界面的平整,提高铸造单晶硅单晶面积,减少热应力的产生,生长更高质量铸造单晶硅锭。(4)本文通过设计铸造单晶硅实验,研究了籽晶的不同表面处理、不同晶向籽晶及籽晶功能晶界等三个方面对位错影响。研究表明:在使用表面处理的籽晶生产的铸造单晶硅中,籽晶表面生成的位错会明显降低。籽晶生长方向为晶向时,位错沿着与生长方向呈35.3°角的方向扩散。而籽晶生长方向为晶向时,位错增殖方向与生长方向一致,不易发生横向延伸,但会形成缺陷带,影响电池性能。籽晶间的小角度晶界由于其晶界能不稳定性,无法起到减少位错的作用;籽晶间的大角度重合点阵晶界和随机晶界,可以起到吸收初始位错和阻隔位错增殖的作用,可降低铸造单晶硅中位错密度,提高太阳电池效率。

关键词：铸造单晶硅尺寸升级位错晶界工程籽晶晶向热场优化模拟仿真