大直径硅单晶生长中,欲提高拉速就必须提高结晶速率,而要想提高结晶速率,则结晶前沿的物理状态和结晶潜热散发的良性循环就至关重要。由于硅单晶生长热场的高温性、密闭性以及影响热场条件的复杂性,很难用静态物理量来测量和研究,这也是全球该领域研究的难点。通过可测量的物理量和晶体生长理论,采用数值模拟研究晶体生长是一条重要的途径。本文对TDR-80炉的热系统进行了改造,在直拉炉中引入了热屏、复合式导流系统及双加热器,设计出适合提高结晶速率(拉速)的封闭型固化保温Φ450mm热系统,并采用有限元方法对氩气流场和单晶生长的热场进行了数值模拟。试验与模拟结果表明:Φ200mm太阳能硅单晶生长中,采用密闭热系统平均拉速提高约0.3mm/min。复合式导流系统可以优化氩气流场,加快结晶潜热的散发,单晶中氧含量明显降低,碳含量略有下降。通过数值模拟得到晶体/熔体界面处轴向温度分布G(r),可以用来合理地配置热场和设定拉速。