KDP类晶体通常指磷酸二氢铵（NH4H2PO4,ADP）和磷酸二氢钾（KH2PO4,KDP）晶体。KDP类晶体具有优良的电光和频率转换性能,可以对1064 nm激光实现二、三、四倍频,被广泛用于激光医疗器械和惯性约束激光核聚变（Inertial Confined Fusion,简称ICF）中谐波发生器、电光调制器及激光Q开关。围绕KDP类晶体生长,人们设计出了多种溶液法KDP类晶体生长系统,如传统降温生长系统、循环流动生长系统、点籽晶快速生长系统及限制性快速生长系统。在溶液法晶体生长中,晶面附近的溶质分子不断吸附到台阶扭折处,导致溶质边界层内浓度逐渐降低。为维持晶体生长,需要体相溶液中的溶质分子向晶面供应。一般而言,溶质供应可以采取扩散和对流方式。当晶体在纯扩散机制下生长时,往往可以获取组分均匀的高质量晶体。然而,由于纯扩散非常缓慢,往往导致生产过程的不经济性。因此,在不同的溶液法生长系统中通常需要采用转晶法（晶体旋转）引入对流以减少溶质输运阻力,加速晶体生长。可惜的是,转晶法在提高晶体生长速度的同时,也降低了晶面形貌稳定性,进而产生液体包裹物等缺陷。就当前不同晶体生长系统来看,要提升晶体的质量,仅局限于生长系统集成化（包括生长设备管道集成设计、连续过滤系统持续升级、生长过程实时监测系统的研发、高精度可控退火技术）的改进是远远不够的。事实上,溶液法晶体生长系统中,对流扮演着重要角色,不利的对流条件是诱发晶面形貌失稳,产生液体包裹物的根本原因。显然,优化生长系统中晶面附近的流动是生长优质KDP类晶体的关键。由于生长系统内的流动以三维非稳态湍流为主,很难通过实验进行研究,想要更为精确定量分析生长系统内的对流及其对溶质传输影响的机理还需要采用数值计算方法。基于上述背景。本文利用热科学的基础知识（流体力学、传热学和传质学）,通过数值模拟和实验手段对转晶法下KDP类晶体不同生长系统中流动、传热和传质问题进行了分析和优化,主要内容如下:（1）模拟倾斜安放小尺寸ADP晶体生长发现,倾斜安放能消除原本存在于柱面附近的涡胞及流动滞止区,提高面过饱和度及其均匀性。转速越大,晶面时均过饱和度及其均匀性的改善也越明显。晶体尺寸的增加,降低了柱面过饱和度及其标准差,不利于晶体生长,因而,随着晶体的生长,应适当增加转速。水平安放和倾斜安放生长晶体的微观形貌、介电损失和位错腐蚀比较表明,倾斜安放有利于小尺寸高质量KDP类晶体的制备。（2）开展了加搅拌桨转晶法大尺寸ADP晶体生长过程的流动和物质输运数值模拟。结果表明,相比转晶法,搅拌桨的引入明显增加了晶面附近溶液轴向流动速度,促进了强制对流在物质输运中的主导地位,因而,晶体表面过饱和度及其分布均匀性得到了明显的提升,有助于生长台阶的稳定推移。搅拌桨转速的增加,增强了晶面剪切力,减小了溶质边界层厚度;因而,晶面过饱和度逐渐增大,其均匀性也逐渐提高。晶体转速的增加,提高了柱面过饱和度分布均匀性。随着晶体尺寸的增加,柱面时均过饱和度略有减小,但分布均匀性得到改善。（3）通过引入温度场,建立了一个更加完整的数学模型来描述循环流动生长系统中热量、动量和质量输运耦合作用。通过数值模拟,研究了不同操作条件下晶面时均过饱和度变化情况,重点分析了流动,温度和物质输运之间的关系。探究了柱面附近二次流涡胞对物质输运的作用,考察了晶体开裂中的晶体尺寸效应。相关结论如下:晶体转速的增加,削弱了二次流涡胞对物质输运的阻碍作用,促进了新鲜溶液对晶面的溶质供应,因而,提升了晶面过饱和度及其均匀性,同时生长系统内温度分布也更加均匀。溶液进口速度和进口温度主要通过对溶液温度场的改变来影响晶面过饱和度;随着进口速度和进口温度的增加,生长系统内温度明显升高,导致溶液平衡浓度上升,故晶面过饱和度减小。随着晶体尺寸的增加,锥面热应力增大;同时,锥面过饱和度场均匀性降低,增加了包裹体出现的几率,易使晶体锥区的开裂临界应力值减小,故尺寸为70 mm的晶体更易开裂。（4）利用溶液喷流的强制对流效应,提出一种名为“喷流转晶法”的新系统。采用数值模拟手段评估了新系统的优越性,结论如下:与转晶法不同,喷流转晶法明显提升了柱面过饱和度,完全改变了柱面过饱和度分布特征,更有利于抑制包裹体的产生。喷速越大,柱面时均过饱和度越高,均匀性也更好。随着晶体尺寸的变大,晶面过饱和度及其均匀得到改善。采用周期性摆动喷流,能消除柱面二次流涡胞的不利影响,进一步改进生长晶面附近的流动传质效果。当喷流速度≥0.6 m/s时,强制对流起主要作用;此外,喷流的强制对流效应极大地提升了晶面附近的对流传质特性,Damkohler数明显下降。