本文旨在开发低能耗的新型多晶硅CVD反应器，并采用计算流体力学的方法研究反应器的动量、热量、质量传递及化学反应过程，以指导反应器的优化与设计，进一步降低反应器的还原电耗。本文第二部分首先介绍了现有多晶硅CVD反应器的结构及操作流程，分析了现有反应器的硅棒的排布方式，讨论了现有反应器的进气和出气方式，列举了现有一些反应器的底盘冷却结构。本文第三部分采用多表面辐射传热模型（S2S）研究了多晶硅CVD反应器的辐射传热过程，计算结果表明反应器从12对棒放大到18对棒和27对棒，反应器的辐射能耗分别降低7.8%和20.8%；将多晶硅的沉积速率从5μm min-1提高到20μm min-1，反应器的辐射能耗可降低75%；将反应器壁面的温度从373K提高到773K，反应器的辐射能耗可降低9.6%；将反应器内壁面的发射率从0.2降低到0.1，反应器的辐射能耗可降低的61.6%；另外通过比较了两种不同的硅棒排布的反应器辐射能耗，结果发现圆周排布反应器的硅棒与反应器壁面之间的辐射功率更低，硅棒与硅棒之间的辐射功率更高，这表明了在圆周排布反应器的硅棒排布更加密。本文第四部分在传统多晶硅CVD反应器基础上提出了一种新型反应器，并根据工业尾气组分推导反应器内的反应方程式，耦合这一反应模型，建立了描述反应器内动量、热量、质量同时传递及化学反应的数学模型，应用该模型分析了两反应器的性能。模拟结果表明：首先新型反应器内混合气的流场更加均匀，基本上为“平推式流动”，解决了传统反应器原料气走短路问题；其次新型反应器解决了传统反应器顶部区域温度过高的问题，避免了硅粉的生成，长期保持反应器内壁面的光洁度，从而降低了反应器的辐射能耗；第三，新型反应器内三氯氢硅在径向和轴向方向上都存在着较大的浓度差，这种浓度差可能造成多晶硅棒的直径不同，但是与上述两点相比，这种浓度分布不均匀对多晶硅棒直径的影响是可以接受的；最后与传统反应器结构的还原电耗相比，新型反应器的还原电耗至少可降低10%以上。本文第五部分提出了一种新型多晶硅CVD反应器的底盘冷却结构，并采用计算流体力学的方法模拟了新型结构的流动过程，模拟结果发现通过减小电极套筒的大小，减小电极套筒与底盘下底板的间距，改变中间隔板与底盘下底板的间距，都可以提高电极套筒流量的均匀度。