高孔隙开孔泡沫材料是一种轻质的新型高效换热介质，在太阳能高温热利用、电子器件冷却、高效强化换热、高温储热等技术领域具有广泛的应用需求和发展前景。在高温应用中，泡沫材料内的辐射传输规律与特性对系统技术性能起着关键作用。目前对此类过程的复杂热辐射输运机理与特性缺乏深入研究，尚未掌握辐射能量与孔隙结构的细观作用机制，缺乏高温辐射特性数据及可靠的预测方法，从而制约了高孔隙泡沫材料的高温应用与相关新技术的发展。
　　本文针对耐高温高孔隙开孔泡沫材料的孔隙尺度辐射传输问题，开展孔隙结构的参数化仿真重建、孔隙尺度辐射传输数值建模与机理分析、辐射特性参数预测及实验测量、双尺度耦合分析等研究。
　　采用SEM和μ-CT技术获取镍泡沫和氧化铝泡沫的形貌图像及结构特征数据，统计常用的结构表征参数。采用Voronoi元胞模型对这两类泡沫材料进行参数化结构仿真重建，并进一步对泡沫骨架的典型肋筋进行更细致的结构描述。在上述研究基础上，针对基材不透明（金属）和半透明（陶瓷）两类泡沫材料，在几何光学假设下，采用M C RT法，分别建立孔隙尺度辐射传输的模拟方法和辐射特性参数求解模型，编制计算程序，进行可靠性验证。进一步，针对M C RT计算量大的问题，基于空间剖分算法，构造孔隙尺度辐射传输模拟的加速求解技术。
　　基于μ-CT扫描结构，分析镍泡沫板的发射和反射辐射特性的孔隙尺度特征。基于参数化重建的泡沫仿真结构，计算分析材料的衰减系数、散射反照率、散射相函数等介质辐射特性参数，拟合预测关联式；预测镍、铜泡沫材料的高温介质辐射特性。利用FTIR光谱仪，测量镍泡沫的法向-法向透射比；结合积分球，测量镍泡沫的法向-半球透射比/反射比数据；通过测量数据与孔隙尺度模拟结果、关联式预测结果的对比，验证泡沫仿真结构和孔隙尺度辐射传输模拟方法的可靠性。将孔隙尺度辐射传输模拟应用于高温镍泡沫的等效黑体温度分析，并考察连续尺度模拟方法的可靠性。
　　针对基材半透明的泡沫材料的μ-CT扫描结构，模拟分析氧化铝单肋筋和泡沫板的表观辐射特性。基于参数化表征的泡沫仿真结构，从孔隙尺度计算获取介质辐射特性参数、建立预测关联式；基于关联式，预测氧化铝、氧化锆两种陶瓷泡沫的高温介质辐射特性参数。实验测量氧化铝泡沫的法向-法向透射比、法向-半球透射比/反射比数据，验证半透明肋筋泡沫材料辐射传输的孔隙尺度模拟和预测关联式的可靠性。
　　针对高孔隙泡沫材料辐射传输的孔隙尺度模拟计算效率低、而连续尺度模拟无法直接反映孔隙结构依赖性的问题，提出求解基材不透明和半透明泡沫材料辐射传输的双尺度耦合模拟方法。将该模拟方法分别应用于镍泡沫和氧化铝泡沫的辐射传输分析，发现能够在一次模拟中同时获得孔隙尺度和连续尺度的辐射传输信息，并大幅度提高计算效率。
　　通过本文研究，发展了泡沫材料仿真结构的参数化表征方法；建立了半透明肋筋泡沫材料内辐射传输的孔隙尺度分析模型和模拟方法；构建了高效求解金属泡沫与陶瓷泡沫内辐射传输的双尺度耦合模拟方法；预测了镍、铜、氧化铝等典型泡沫材料的高温辐射特性数据；明确了这些泡沫材料辐射特性与其基材辐射性质、孔隙结构参数之间的定量依变关系。上述研究，为深入认识高孔隙泡沫材料的孔隙结构及辐射传输机理、预测泡沫材料的高温辐射特性参数提供了理论基础和分析方法。