非均质粒子及其团聚物的辐射特性在燃烧系统、航空航天和大气环境等工程应用中有着广泛深入的研究。在燃烧系统中,煤灰辐射特性的相关实验测量过程繁琐且耗资费时,以及航天器喷射出的相变液滴和多层粒子的辐射特性获得困难。气溶胶中包覆水层和灰尘掺杂的碳黑团聚物辐射特性,以及碳黑团聚物辐射特性的等效计算方法也有待进一步的研究。因而有必要从理论上进一步深入研究非均质粒子及其团聚物的辐射特性。本文结合有效介质理论与Mie理论研究多组分煤灰粒子、水及氧化铝相变粒子和多层球形粒子的辐射特性,利用有效介质理论结合T矩阵方法,研究大气中碳黑团聚物的辐射特性。主要工作包括以下五个方面:1.采用有效介质理论和Mie理论研究了多组分人工合成灰渣和天然煤灰粒子的辐射特性,分析了有效介质理论的适用范围。由于煤灰实际组分不同于其相应的工业分析成分,基于工业分析成分有效介质理论结合Mie理论不适用于燃烧生成煤灰的辐射特性计算,但适用于人工合成灰渣。2.发展了计算多层球粒辐射特性的蒙特卡罗光线踪迹法。对比光线踪迹法和包覆层粒子电磁理论,分析了有效介质理论计算相变粒子辐射特性的适用性,以及有效介质理论计算多层球形粒子辐射特性的适用范围。研究结果表明,有效介质理论结合Mie理论适用于水和氧化铝相变粒子辐射特性的计算。对于多层非均质大粒子,层间折射率和消光系数偏差较小时,有效介质理论结合Mie理论可用来近似估算多层粒子的辐射特性。3.建立了液滴、液滴层辐射相变模型,分析了液滴温度随时间的变化关系,研究了空间液滴辐射散热器中液滴层流速、粒径分布、液滴相变、液滴层厚、液滴浓度和工质种类对液滴层辐射换热的影响。结果表明在单个液滴相变换热过程中,水滴的蒸发和太阳辐射对液滴温度的影响显著。液滴层内的相变区域和温度分布表明,相变对换热过程的影响不可忽略。4.采用T矩阵方法研究了炉内不同形态碳黑团聚物的辐射特性,评估了基于体积、投影面积、回转半径及体积和投影面积比等效的球形近似方法计算碳黑团聚物辐射特性的适用性。结果表明:炉内团聚物的辐射特性随形态参数变化较小。四种等效近似法中,对于吸收截面,基于体积和投影面积比等效的近似方法较其它方法偏差小;而对于散射相函数,投影面积近似法的偏差较其它近似法小。5.利用有效介质理论结和T矩阵法,研究了气溶胶中相对湿度变化时两种形态(枝节状与密实状)团聚物的辐射特性,并分析了包覆水层厚度、灰尘混合结构和掺杂体积分数以及粒径分布对团聚物辐射特性的影响。相对湿度从10%增加到100%时,密实状团聚物的散射截面相对于枝节状散射截面的最大偏差为48.8%,水的包覆导致粒径增加是改变团聚物辐射特性的主要因素。另外,灰尘与碳黑混合结构对团聚辐射特性影响很小。