硅烷流化床工艺与传统制备多晶硅生产工艺相比,具有能耗低、转化率高、可连续运行等优点,越来越受到广泛关注。但硅烷是一种易燃、易爆的化学品,因此实验过程中安全管理要求高,反应测量难度大。另外,气固流化床内“三传一反”过程与多尺度结构紧密耦合,目前对流化床内复杂的多相流动、反应仍缺乏足够的认识,这些都阻碍了硅烷流化床制备多晶硅工艺的进一步发展。借助于计算流体力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)数值模拟方法,可以对此类难于测量的反应器内的流动状态和反应进行深入研究。但已有研究表明,基于均匀假设的传统模拟方法难以准确模拟此类复杂系统,必须建立介尺度模型。本文基于能量最小多尺度模型(Energy-Minimization Multi-Scale,EMMS)对硅烷流化床制备多晶硅的多尺度流动和反应进行了模拟研究,为硅烷流化床反应器的优化、设计和放大提供理论指导和帮助。主要工作如下:论文第二章采用稠密离散相模型(Dense Discrete Phase Model,DDPM)耦合EMMS曳力对气固鼓泡流化床进行了流动模拟,研究了DDPM模型中的计算粒子参数对模拟结果的影响。结果显示:计算网格和计算粒子parcel的大小对于模拟结果都存在着较大影响,综合计算精度和计算速度等因素考虑,确定网格单元中计算粒子的容纳量Vcell/Vparcel在100左右时为最佳计算方案。基于第二章的研究,第三章分别采用双流体模型(Two Fluid Model,TFM)和稠密离散相模型(DDPM)对气固流化床进行流动模拟,对比了不同曳力(Gidaspow和EMMS曳力)、不同颗粒粒径处理方式(均一粒径处理和粒径分布处理)下的模拟结果,并与实验数据进行了对比验证。对比发现:要想准确描述床层的流化状态,TFM和DDPM都必须要考虑介尺度结构存在的影响,而且床层非均匀结构越明显,EMMS曳力的作用效果越显著。DDPM相比于TFM,能够引入颗粒粒径分布,准确预测出了床层流化高度随气速的变化,捕捉到了实验中颗粒分层现象,表明了考虑颗粒粒径分布的重要性。在上述流动研究的基础上,第四章采用耦合EMMS流动、传质的反应模型的欧拉-欧拉双流体模拟了硅烷流化床制备多晶硅的反应过程,所得结果与实验数据吻合,进一步验证了 EMMS曳力在反应模拟中的关键作用。第五章总结了本论文的主要结论和创新点,并提出了进一步的研究方向。