随着太阳能利用日益广泛,对太阳能级多晶硅材料的市场需求不断增长。现有的多晶硅工业生产技术存在能耗高、尾气难处理等技术难题,导致太阳能电池的生产成本居高不下。硅烷流化床法能够有效地降低能耗,有望成为替代技术。但是,由于流化床内气固两相流动复杂,硅烷在气相中发生均相分解易生成不定型硅,工业放大过程有困难。本文采用数值方法,从硅烷流化床内的气固流场特性特性入手,模拟床层内气泡分布特性,耦合气相沉积化学反应机理,构建描述硅烷流化床内多晶硅生长的整体计算机模型。首先,由于流化床模拟计算时需要使用极细网格才能保证模拟精度,使用粗网格则造成误差,故需要对计算模型进行修正。本文采用经典的Gidaspow曳力模型和亚网格修正模型(SGS模型),结合KTGF理论,对文献报道的0.5m边长,填料为B类颗粒的正方形截面流化床在网格尺寸为200倍粒径条件下进行模拟,将得到的床层膨胀高度、轴向固含率与实验测量结果进行对比,发现该网格条件下SGS模型可以合理地预测床层膨胀高度。在此基础上,对直径0.5m的圆柱形流化床多晶硅反应器内气固等温流场进行了模拟计算,对10-20s瞬态数值模拟计算结果按0.01s间隔取样,借助Matlab图像处理工具,对0.1-0.6m高度多个截面的气含率分布进行后处理分析,获得了床层内气泡尺寸分布。结果表明:SGS模型得到平均气泡尺寸沿床高变化与Mori-Wen经验公式较吻合,最大偏差是12.6%,相较Gidaspow模型的21.4%偏差,有较大改善。其次,对硅烷流化床内的气相沉积过程进行了模拟研究,选择Hogness的气相总括反应机理和Iya的表面总括反应机理建立反应模型,对文献报道的0.1524m硅烷流化床进行了对比计算,耦合PBM模型对颗粒表面沉积速率进行预测,模拟结果表明:在20%硅烷浓度条件下模拟得到沉积速率与实验测量值之间的误差为6.4%,50%硅烷浓度误差为5.6%。用该反应动力学模型,计算了直径0.5m圆柱形流化床多晶硅反应器,对不同流场特性下颗粒的增长率进行了比较,结果合理。