热毛细对流是由于流体交界面温度分布不均匀引起的表面张力梯度驱动的流体流动，也称为Marangoni对流。这一对流广泛存在于晶体生长、铸造、镀膜等过程，其不稳定性可能导致许多不期望的结果，如晶体生长的不均匀性。本文以大尺寸晶体生长过程中双层流体内的流动不稳定性为研究对象，研究了双层流体热毛细-浮力对流不稳定性的产生条件、演化机理及其磁场主动控制规律；同时，研究了外部磁场对晶体生长过程中热质传输特性的影响规律。研究内容及获得的研究结果如下：首先，通过数值模拟研究了环形液池内双层流体热毛细-浮力对流不稳定性的产生条件、演化机理及其磁场主动控制规律。研究发现，热毛细对流不稳定性的扰动产生于内壁面区域，并沿着温度梯度方向传播；液池深径比对热毛细-浮力对流具有重要影响，当深径比为0.5时，双层流体热毛细-浮力对流不稳定性产生的临界Ma数为2.33×103。随着深径比减小周向温度波数先增大后减小，但周向速度的平均振幅逐渐增大；随着重力加速度的增大，由表面张力效应引起的扰动能能量减小，同时周向温度波数也逐渐减小。环形液池的旋转能够有效抑制热毛细对流不稳定性，其流动从非稳态振荡流转变为稳态对流。不同类型磁场均能抑制热毛细对流不稳定性，其中轴向磁场对热毛细-浮力对流的抑制效果最好，勾型磁场的抑制效果次之，水平磁场的抑制效果最差。其次，数值研究了外部磁场对大直径单晶硅生长中热质传输特性及杂质分凝效应的影响。研究发现，在轴向磁场和勾型磁场作用下，随着磁场强度增大，熔体内部氧浓度逐渐增大，熔体的对流结构逐渐趋于规则，且勾型磁场的抑制效果要好于轴向磁场。当应用旋转磁场时，晶体、熔体、坩埚三者同向旋转对晶体生长最有利。外部磁场能够有效改善晶体内部杂质的分布，水平磁场作用下杂质分布的梯度主要集中在晶体内部与磁场垂直的方向，而勾型磁场作用下杂质分布的梯度主要集中在晶体边缘，因此施加勾型磁场更有利于晶体生长。此外，发展了Level set方法模拟双层流体交界面的变形，研究了双层流体热毛细-浮力对流自由界面变形的特征及磁场对热毛细-浮力对流的影响规律。研究显示，在Marangoni效应的作用下，自由界面在热端凸起冷端凹陷；自由界面的变形率随Ma数和宽深比的增大而增大，随磁场强度和重力加速度的增大而逐渐减小。双层流体交界面与壁面的接触条件对交界面变形和流型结构具有重要影响。最后，采用剪切干涉法对矩形腔体内双层流体热毛细-浮力对流的温度场进行了验证实验，并采用代数重建算法对剪切干涉法获得的干涉图像进行了温度场的三维重建，重建结果与数值模拟结果吻合很好。