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石英玻璃具有普通玻璃无可比拟的一系列优异性质，是信息电子、生物医疗和国防军工等领域的重要基础性材料。随着我国在这些领域的迅速发展，对于大尺寸高纯石英玻璃的需求日渐迫切。采用两步化学气相沉积(CVD)法制备高纯石英玻璃锭是国内近年来着力发展的新技术，其优势在于可以生产出低羟基或羟基含量可控的石英玻璃，因此具有广阔的发展前景。但是两步CVD法目前仍面临着一系列技术挑战，主要表现在制备工艺不成熟、对制备过程中的关键科学问题认识不足等，限制了其成为工业中制备石英玻璃的主流技术。此外，石英玻璃制备工业还存在着玻璃气泡缺陷以及产品热改型过程难以控制等难题，造成石英玻璃的质量无法得到有效保障。
针对上述问题，有必要对石英玻璃制备过程相关的各种物理化学现象以及热质输运过程进行深入理解，在此基础上建立起设备和工艺参数与产品质量之间的联系，进而对实际制备过程提供指导。根据以上思路，本文采用理论分析、数值模拟结合实验验证的方法，对高纯石英玻璃制备过程中的典型问题进行了研究，主要内容如下。
(1)针对两步CVD法中二氧化硅疏松体的烧结脱羟过程建立了多物理场耦合模型，结合实际炉体结构对该过程进行了数值模拟，对加热过程中的主要参数，包括温度、孔隙率、脱羟反应速率、羟基浓度、气体的压力和速度分布等随时间的演化进行了详细分析，揭示了该过程的热质输运特征。研究了工艺参数对于脱羟效果的影响，指出减小二氧化硅疏松体的尺寸和延长加热时间不仅有利于石英玻璃羟基浓度的减小，而且使得羟基分布的均匀性增加；
(2)基于Euler-Lagrange多相流模型对高粘熔融石英中气泡群的逸出过程进行了数值研究，分析了熔炉内部熔融石英的流动和气泡输运特征，研究了温度和熔融石英流动形态对于气泡逸出时间的影响。针对熔融石英中典型的气泡群分布形态，提出了“搅拌+短期升温”的加速气泡逸出优化方案，与自然状态相比该方案的理论气泡逸出效率提高了78.8%；
(3)建立了石英玻璃棒热改型过程的感应加热模型，通过数值模拟分析了石英玻璃棒热改型设备——吊拉炉内部的电磁场和温度场分布特征。构建了石英玻璃棒软化区的分布与其拉制质量之间的联系，探究了炉内关键部件对石英玻璃棒软化区的影响机理。采用正交试验设计方法得到了吊拉炉内不同部件结构参数的最优组合，实现了石英玻璃棒拉制过程的热场优化。
以上结论涵盖了高纯石英玻璃制备过程的不同领域，可为实际石英玻璃制备工艺的改进和优化提供较为全面的理论指导。
针对上述问题，有必要对石英玻璃制备过程相关的各种物理化学现象以及热质输运过程进行深入理解，在此基础上建立起设备和工艺参数与产品质量之间的联系，进而对实际制备过程提供指导。根据以上思路，本文采用理论分析、数值模拟结合实验验证的方法，对高纯石英玻璃制备过程中的典型问题进行了研究，主要内容如下。
(1)针对两步CVD法中二氧化硅疏松体的烧结脱羟过程建立了多物理场耦合模型，结合实际炉体结构对该过程进行了数值模拟，对加热过程中的主要参数，包括温度、孔隙率、脱羟反应速率、羟基浓度、气体的压力和速度分布等随时间的演化进行了详细分析，揭示了该过程的热质输运特征。研究了工艺参数对于脱羟效果的影响，指出减小二氧化硅疏松体的尺寸和延长加热时间不仅有利于石英玻璃羟基浓度的减小，而且使得羟基分布的均匀性增加；
(2)基于Euler-Lagrange多相流模型对高粘熔融石英中气泡群的逸出过程进行了数值研究，分析了熔炉内部熔融石英的流动和气泡输运特征，研究了温度和熔融石英流动形态对于气泡逸出时间的影响。针对熔融石英中典型的气泡群分布形态，提出了“搅拌+短期升温”的加速气泡逸出优化方案，与自然状态相比该方案的理论气泡逸出效率提高了78.8%；
(3)建立了石英玻璃棒热改型过程的感应加热模型，通过数值模拟分析了石英玻璃棒热改型设备——吊拉炉内部的电磁场和温度场分布特征。构建了石英玻璃棒软化区的分布与其拉制质量之间的联系，探究了炉内关键部件对石英玻璃棒软化区的影响机理。采用正交试验设计方法得到了吊拉炉内不同部件结构参数的最优组合，实现了石英玻璃棒拉制过程的热场优化。
以上结论涵盖了高纯石英玻璃制备过程的不同领域，可为实际石英玻璃制备工艺的改进和优化提供较为全面的理论指导。