硅单晶是电子产业最重要的半导体材料之一。浮区法作为无容器生长方式是生长高品质硅单晶的重要熔体生长方法。地面过程中重力引起的流体静压限制了生长晶体的尺寸。微重力条件下界面张力起主导作用,浮区法几乎成为普适的生长方法,可以生长大尺寸晶体。另一方面,单晶硅在实际应用中通常要进行一定浓度掺杂。微重力条件下热毛细对流取代浮力对流在浮区法中占主导地位,其流动状态直接影响生长晶体中的杂质分布。因此开展浮区法中热毛细对流的基本流动规律研究对于优化晶体生长过程具有重要的指导意义。本文针对微重力大尺寸全浮区模型,通过贴体变换将不规则物理区域转换成规则计算区域,采用控制体积法在交错网格上离散三维流动控制方程组,并采用SIMLE方法进行求解。利用上述数值研究方法,本文详细研究了环境热流密度、全浮区体积比和高径比等参数对全浮区热毛细对流流动状态的影响。研究表明全浮区通过自由面与环境发生热量交换,从而在自由面上形成温度梯度以驱动自由面上的熔体流动并在全浮区内部形成回流。当环境热流密度较小时,热毛细对流为轴对称稳态层流,且熔区上半部和下半部的热毛细对流相对于自由面中截面近似呈镜面对称。随着环境热流密度增加(流动驱动力增加),即使在具有对称性的环境热流密度分布下,热毛细对流也无法保证流动对称性而在整个熔区内发展成为非轴对称三维稳态层流乃至三维振荡对流。这一过程中,全浮区的体积比和高径比对流场和温度场的结构有重要的影响,尤其是凝固界面处的熔体流动和温度分布。研究指出凝固界面处的熔体流动和温度分布会直接调制该处的杂质浓度分布,进而影响生长晶体中的杂质分布。