自1999年日本科学家H. Shinoda与N. Koshida等在Nature上报告发现了多孔硅的热致超声发射现象以来,作为一种新型的超声产生方式,各国研究者对其进行大量的研究开发工作。相比于传统的电-声超声,热-声超声具有无可比拟的优势：较大的频带宽度和声压,较小的混响和失真,较高的探测精度和空间分辨率,可靠的脉冲信号响应和相控阵操作等,这主要归功于其独特的性质——超宽频带的平频率响应。但到目前为止,大多数科学家的工作都集中在热声发射特性与应用的实验研究上,而理论研究显得较为欠缺,只有H. Shinoda等人借鉴F.A.McDonald与G.C.Westsel,Jr的光声效应模型给出了一个多孔硅热致超声平频率响应声压计算式,及R.R.Boullosa和A.O.Santillan利用气体热活塞模型推导出热声换能器超声辐射平频响表达式。虽然这些公式抓住了热-声超声发射的主要特征,但也存在着很多不足,不便于分析,因而对热声发射特性和规律的认识至今仍不完全清楚。本文通过建立较为严格的固体热声发射热力耦合模型,对多孔硅热致超声发射现象进行了系统的研究,发展出可精确分析该超声波产生新机制及特性的理论,为全面掌握其原理、特性规律和计算方法,彻底弄清诸多因素在多孔硅热致超声发射中的作用做了一定的努力。为了适应各种情况的需要,我们由简单到复杂先后建立了三个热声发射模型,因而本论文主要分为三部分：首先,为突出热声发射的本质,快速掌握热声发射的特性与规律,我们建立了一般固体热声发射的基本热力耦合模型。该模型忽略了固体层的热膨胀和表面加热膜的热容,只考虑流体介质的热力耦合,避免了繁琐的矩阵运算。通过解的化简得到了清晰简洁实用的固体热声发射基本公式以及其最主要的特征——声压平频率响应公式及其存在的频率区间与条件。在该模型基础上,以空气和水为代表的流体介质对固体热声发射的平频率响应模式、频率响应随距发射面距离、样品厚度的变化、热声材料及其基底的性能表征与选取原则以及不同频率下热声波随距离衰减特性等基础问题进行了系统研究。其次,为全面掌握各层固体材料的物性变化对热声发射的影响,我们建立了一固体热声发射多层热力耦合模型。该模型综合考虑材料各层的热学、力学和几何性质,以及各层之间的接触热阻的影响,并适用于任意多层结构固体材料在任意流体介质中的热声发射研究。基于该模型,系统研究了加热膜热容、各固体层刚性、热膨胀性对热声信号的影响,及固体热振动对热声信号的贡献。最后,针对基本热力耦合模型与多层热力耦合模型的若干不足,我们更进一步,建立了一粘性流体中固体热声发射的双多层热力耦合模型,使模型可应用于非开放空间复杂流体环境下的热声计算。利用该模型,我们进行了海洋热声探测特性的初步探索。通过海水温度、盐度、压力垂直方向分布的拟合公式和与这三个参数相关的海水其它热物性参数的经验公式,对海洋按深度进行细致的层数划分,解决了海洋铅直方向上海水热物性不断变化对声音传播造成的影响问题,藉此研究了海洋热声发射中的海域温度、盐度以及深度对热声信号的影响、热声正、反向传播及海底反射等问题。在海水中平频响的保持距离较空气要大得多,故海洋热声探测特性的研究对于新型热声声呐的研发有重要意义。