目前,我国人口老龄化问题日益突出,身体机能的下降,导致老年人无法承受大型外科手术。因此,研发无创诊疗设备已成为未来医疗器械研发领域的重要发展方向。超声治疗是一类极具应用前景的无创诊疗技术,利用超声波束的方向性、可穿透性、聚焦性等特点,在体外发射高强度超声波并聚焦于病变组织,在消灭病变组织的同时将对人体的伤害降到最低。但是现有超声治疗设备采用的传统电声换能器,发射声波频率限定于固有频率附近,无法实现频率的自由调节;大多数发声材料自身柔性差,对制造工艺要求高;并且含有大量重金属离子,存在环保隐患。热声换能器是一类基于纳米热声材料提出的新型发声器件,其利用材料自身的热声效应激发声波,可以在较宽的频率范围内产生平稳的声压响应,并且该类材料在发声过程中自身不产生机械振动,具有良好的柔性、可裁剪性和易拉伸性等优异的力学性能,能够有效解决传统电声材料所面临的带宽窄、制作工艺复杂和环保性差等问题,极有希望替代传统的电声材料,成为制造新一代变频、柔性、小型化发声器件的核心材料,并有望为超声治疗设备的设计和制造提供新的发展方向。本文针对纳米薄膜材料的热声效应进行数值仿真研究。主要研究内容如下:首先,本文介绍了热声问题的基本理论。通过考虑流体力学中的纳维–斯托克斯（NS）方程、质量连续性方程和能量守恒方程,建立了适用于热声效应分析的热声耦合控制方程以及自由空间中的温度和声压边界条件。将热声模型简化为一维情况,基于近场平面波假设,推导出热声耦合控制方程的热声场在近场和远场内的解析表达式。其次,本文基于COMSOL Multiphysics软件平台,发展了适用于纳米薄膜及其阵列激发声场分析的数值仿真方法,并与解析解和实验数据进行对比,验证了数值仿真的正确性。通过数值算例分析了不同设计参数的纳米薄膜阵列的激发声场特性,揭示了阵列几何参数等主要设计参数对声场强度和指向性的作用规律。此外,研究发现COMSOL Multiphysics在计算高频声场的声压响应时,会出现计算效率低下、内存溢出等问题。最后,为克服有限元法在热声仿真中的问题,本文基于边界元法,发展了一种适用于悬空纳米薄膜激发声场分析的数值计算方法。该方法获得的数值解与实验结果对比良好,验证了计算方法的正确性,并且计算效率不受频率影响。通过数值算例分析了纳米薄膜激发声场在近场和远场的分布,讨论了现有解析解的适用范围;分析了纳米薄膜的非均匀拉伸和弯曲变形对激发声场的影响,发现弯曲薄膜的激发声场分别在凹面侧和凸面侧产生聚焦和扩散效应。