硅芯炉加热器不同结构的效果研究及分析

摘要

硅材料市场急剧扩大,资源匮乏。作为多晶硅的载体,硅芯的大规模生产成为急需解决的问题。我国目前的硅芯生产仍主要依靠硅芯炉,对硅芯炉加热器结构的改进是提高生产效率的一种途径。长期以来,感应加热器的设计与优化都建立在经验之上,确定合适的加热器线圈往往要经历设计、制造、试验、调整多次循环往复的过程,各种成本投入巨大。通过数值模拟的方法,了解加热器线圈结构产生的效果及影响,可省去多次制造和试验的过程,用于指导设计,可行且必要。
　　 本文以硅芯炉加热器为对象,使用有限元软件ANSYS,首先对感应加热器线圈相关电磁效应进行仿真,同时,根据感应加热器线圈基本形状给出相关仿真研究,结果证明采用数值模拟方法分析电磁场可行、有效,可用于指导加热器大小、截面等的选型设计。
　　 在此基础上,分两种类型对三种多工作位多芯硅芯炉感应加热器线圈结构进行仿真研究。根据需求从设计入手,建立了三维感应加热器线圈的实体模型,分析了线圈结构对感应磁场分布的影响,以及有限元网格划分对运行结果的影响,得到相关结论。
　　 最后,将多芯硅芯炉感应器的模拟结果与实验测试结果进行了对比,结果良好吻合,数值模拟分析方法对于多芯硅芯炉用感应加热器的优化设计与调试具有很好的实用意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 课题研究现状

1．3 课题研究目的及工作内容

2 感应加热器线圈仿真理论基础研究

2．1 数值模拟在感应加热中的应用

2．2 电磁场模拟的基本理论

2．2．1 麦克斯韦方程组

2．2．2 一般形式的电磁场微分方程

2．2．3 电磁场用边界条件

2．3 电磁感应基本效应

2．3．1 趋肤效应

2．3．2 圆环效应

2．3．3 邻近效应

2．3．4 电磁效应在感应加热器设计中的作用

2．4 感应加热线圈设备选择和一般设计研究

2．4．1 感应线圈设计的基本类型

2．4．2 感应线圈设计相关问题

2．4．3 感应线圈的基本设计

2．5 硅芯炉用感应器线圈分析

3 感应加热器线圈相关效应仿真研究

3．1 有限元介绍

3．1．1 有限元法基本理论

3．1．2 有限元法的特点

3．2 ANSYS软件介绍

3．2．1 ANSYS简述

3．2．2 ANSYS使用

3．3 ANSYS电磁仿真前期选择工作

3．3．1 仿真模型维数的选择

3．3．2 仿真方式及采用单元的选择

3．3．3 仿真基本材料属性

3．4 电磁线圈相关效应仿真

3．4．1 趋肤效应仿真

3．4．2 圆环效应仿真

3．4．3 线圈和被加热物位置关系产生加热效果仿真

3．4．4 线圈截面选择加热效果仿真

3．5 本章小结

4 硅芯炉用两类多工作位感应加热线圈数值模拟及分析

4．1 平板式感应加热线圈模拟

4．1．1 平板式四工作位感应加热器线圈仿真模型

4．1．2 平板式四工作位感应加热器线圈初步设计仿真

4．1．3 平板式四工作位感应加热器线圈模型改进

4．1．4 平板式式线圈仿真结果

4．2 螺旋管式感应加热线圈模拟

4．2．1 螺旋管式四工作位感应加热器线圈仿真模型

4．2．2 单匝螺旋管式四工作位感应加热器线圈仿真

4．2．3 多匝螺旋管式四工作位感应加热器线圈仿真

4．3 两种类型四工作位感应加热器线圈比较分析

5 多芯硅芯炉用感应加热器线圈实验与仿真比较

6 全文总结

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文