一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置及其测定方法

本发明涉及太阳能级多晶硅气相沉积反应，尤其是一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置及其测定方法。

背景技术：

1、多晶硅的生产是一个高能耗的产业，其能耗主要源于三方面：辐射热损失、对流换热损失和化学分解反应热，但与其他两项相比，辐射热损失所占比例最大约为总能耗的70％，所以若不能准确估算出辐射热损失，即无法对总能耗实现预测，很难实现真正意义上的节能，热辐射换热的关键参数-角系数的研究即成为cvd反应器能耗分析的重要内容。

2、申请公布号为授权公告号cn102354336b，公开了一种对多晶硅cvd反应器辐射热损失的预估方法，该算法提出了一种基于蒙特卡洛算法获得热辐射角系数的方法，可以准确的计算还原炉的径向辐射热损失。但其方法涉及2个随机数，并要统计大量能束数量，当硅棒数量和排列层数较多时，计算成本高。

3、西门子法生产多晶硅是目前广泛应用的多晶硅生产工艺，人们对于该工艺中的辐射传热计算过程中的关键参数-辐射角系数做了大量研究，但前人研究均是通过对经典理论的剖析，用数值模拟的方法研究了cvd还原炉内热辐射关键参数角系数的选取。由于反应器内发热体，即硅棒布置的复杂性，使得角系数的选取没有现成的理论完全预测。所有的设计都是在近似接近的基础上进行计算，这就使得没有办法准确的预测能耗，也就不能更好的做到节能降耗。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置及其测定方法，用于解决上述技术问题中的至少一种。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置，包括炉体，所述炉体连接有水循环系统、数据采集和控制系统，数据采集和控制系统与计算机连接，所述数据采集和控制系统用于采集实验主体上的传感器传输的数据给计算机并控制水循环系统内的水温；

4、所述炉体包括底盘，所述底盘上设置有两组按不同规则布置的加热棒，第一组加热棒用于研究不同尺寸规格的加热棒对辐射角系数的影响，第二组加热棒用于研究不同位置的加热棒对辐射角系数的影响。

5、进一步的，所述第一组加热棒至少设置有两层并通过连接件可拆卸的安装在底盘上，每一层加热棒的圆心在同一个圆上。

6、进一步的，所述连接件为t字形圆环柱体结构，柱体的外径d与底盘上的安装孔直径相匹配，圆环柱体的内径d与加热棒的外径相匹配。

7、进一步的，所述第二组加热棒至少包括三层，每一层的加热棒的圆心在同一个圆上。

8、进一步的，所述炉体还包括内腔以及位于内腔外部的夹套，所述夹套与内腔之间的间隙与水循环系统相连通，所述内腔与夹套的底部通过法兰与底盘连接。

9、进一步的，所述传感器包括贯穿安装在夹套和内腔上的温度传感器，所述温度传感器包括用于测量不同位置加热棒表面温度的第一组温度传感器，用于测量内腔壁面温度的第二组温度传感器以及用于测量水循环系统内冷却水温度的第三组温度传感器。

10、进一步的，所述水循环系统包括水箱、水泵并通过管路与夹套连接，第三组温度传感器安装在夹套进出口的管路上，所述管路上还连接有流量计。

11、进一步的，所述法兰与内腔、夹套之间采用焊接连接，所述法兰与底盘之间通过螺栓连接。

12、一种热辐射角系数测定方法，包括采用所述测定装置测定不同尺寸规格的发热体的辐射角系数，具体包括以下步骤：

13、步骤1：在炉体底盘一侧安装一定规格的加热棒，用温度传感器测出该侧发热棒表面一定时间段内的平均温度；

14、步骤2：用温度传感器测出炉体内表面一定时间段内的温度；

15、步骤3：用电表测出一定时间段内加热所消耗的热量，根据加热棒的热效率数据，考虑热量损失计算得到辐射传热量；

16、步骤4：根据辐射传热公式(1)，算出该规格的加热棒对炉体内表面辐射传热的辐射角系数；

17、

18、-辐射换热量；

19、ε1-辐射角系数；

20、c0-黑体辐射系数，是常量；

21、t1-发热体表面温度；

22、t2-受热体表面温度；

23、步骤5：待炉体降温后，安装过渡连接件，更换其他尺寸加热棒，重复上面的实验步骤1-4，测出不同规格加热棒的实验数据。

24、一种热辐射角系数测定方法，包括采用所述的测定装置测定不同位置的发热体的辐射角系数，具体包括以下步骤：

25、步骤1：在实验装置炉体底盘的右侧安装至少三层同规格的加热棒；

26、步骤2：开启最外圈加热棒的加热开关，用温度传感器测定加热棒表面一定时间段内的平均温度；

27、步骤3：用温度传感器测出炉体内表面一定时间段内的温度；

28、步骤4：用电表测出一定时间段内加热所消耗的热量，根据加热棒的热效率数据，考虑热量损失计算得到辐射传热量；

29、步骤5：根据辐射传热公式(1)，算出该规格的加热棒对炉体内表面辐射传热的辐射角系数；

30、

31、-辐射换热量；

32、ε1-辐射角系数；

33、c0-黑体辐射系数，是常量；

34、t1-发热体表面温度；

35、t2-受热体表面温度；

36、步骤6：逐步分别开启其余层加热棒的加热供电，重复上面步骤2-5，测出不同位置的发热体的辐射角系数。

37、有益效果：

38、本发明中的用于节能优化的热辐射角系数测定装置，该测定装置不同于目前大部分学者从典型热力学模型出发对辐射角系数模拟数值计算的研究，而是完全通过实验的方法，测定发热体和受热体表面的温度，从而推算出辐射传热计算过程中多发热体按某些常见规律分布时热辐射角系数之间的干涉关系。对于现代工业，尤其是光伏行业的节能降耗找到更好的依据和方法。

技术特征：

1.一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体连接有水循环系统、数据采集和控制系统，数据采集和控制系统与计算机连接，所述数据采集与控制系统用于采集实验主体上的传感器传输的数据给计算机并控制水循环系统内的水温；

2.根据权利要求1所述的一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置，其特征在于：所述第一组加热棒至少设置有两层并通过连接件可拆卸的安装在底盘上，每一层加热棒的圆心在同一个圆上。

3.根据权利要求2所述的一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置，其特征在于：所述连接件为t字形圆环柱体结构，柱体的外径d与底盘上的安装孔直径相匹配，圆环柱体的内径d与加热棒的外径相匹配。

4.根据权利要求1所述的一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置，其特征在于：所述第二组加热棒至少包括三层，每一层的加热棒的圆心在同一个圆上。

5.根据权利要求1所述的一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置，其特征在于：所述炉体还包括内腔以及位于内腔外部的夹套，所述夹套与内腔之间的间隙与水循环系统相连通，所述内腔与夹套的底部通过法兰与底盘连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置，其特征在于：所述传感器包括贯穿安装在夹套和内腔上的温度传感器，所述温度传感器包括用于测量不同位置加热棒表面温度的第一组温度传感器，用于测量内腔壁面温度的第二组温度传感器以及用于测量水循环系统内冷却水温度的第三组温度传感器。

7.根据权利要求5所述的一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置，其特征在于：所述水循环系统包括水箱、水泵并通过管路与夹套连接，第三组温度传感器安装在夹套进出口的管路上，所述管路上还连接有流量计。

8.一种热辐射角系数测定方法，其特征在于：采用如权利要求1-7中任一项所述的测定装置测定不同尺寸规格的发热体的辐射角系数，具体包括以下步骤：

9.一种热辐射角系数测定方法，其特征在于：采用如权利要求1-7中任一项所述的测定装置测定不同位置的发热体的辐射角系数，具体包括以下步骤：

技术总结本发明涉及太阳能级多晶硅气相沉积反应技术领域，尤其是一种用于节能优化的热辐射角系数测定装置及其测定方法，包括炉体，炉体连接有水循环系统、数据采集和控制系统，炉体包括底盘，底盘上设置有两组按不同规则布置的加热棒，第一组加热棒用于研究不同尺寸规格的加热棒对辐射角系数的影响，第二组加热棒用于研究不同位置的加热棒对辐射角系数的影响。本发明中的用于节能优化的热辐射角系数测定装置，该测定装置不同于目前大部分学者从典型热力学模型出发对辐射角系数模拟数值计算的研究，而是完全通过实验的方法，测定发热体和受热体表面的温度，从而推算出辐射传热计算过程中多发热体按某些常见规律分布时热辐射角系数之间的干涉关系。技术研发人员：姜学艳,季博伦,张天傲,李若涵,胡露露,孙烨君受保护的技术使用者：江苏理工学院技术研发日：技术公布日：2024/9/9