固体火箭发动机属于化学推进装置的一种,有着悠久的历史和广泛的应用。随着我国航天事业的发展,高空固发羽流的研究越来越受到重视,尤其是占有羽流总质量近30%的固体颗粒的光谱辐射特性,无论是对于军事领域的红外隐身技术还是民用领域的航天器敏感表面的热防护,都是非常重要的。高空固发羽流的稀薄气固两相流动和热辐射涉及多个学科交叉、使用单一方法和实验无法有效的解决复杂流动、传热问题。想要准确的模拟高空固发羽流场,需要对流场中颗粒的行为进行比较完整的研究。目前国内对于高空固发羽流场中颗粒的研究,主要集中在气固相互作用上,考虑颗粒相变影响的研究较少,未见流场与颗粒辐射耦合计算的文献。本文为了模拟稀薄气固两相流,根据Gallis推导得出的单个颗粒受到周围气体分子作用力和热公式建立气固两相相互作用模型,依据经典形核、生长理论建立颗粒相变模型,通过蒙特卡罗法(MC)模拟颗粒热辐射的产生及传输过程。在直接模拟蒙特卡罗法(DSMC)的框架下,采用Fortran语言编写相关程序。针对国外文献中高空固发羽流算例进行计算,结果与文献符合良好,与国内同类文献相比,精度有了明显的提高。固发羽流场模拟时,国外选取的颗粒粒径范围普遍小于国内。颗粒辐射计算时,获得颗粒辐射特性的技术路线适合小粒径颗粒。本文通过MIE散射理论,计算颗粒的吸收因子和散射因子,解决了大粒径颗粒辐射特性获得问题。在此基础上,研究颗粒粒径对于流场结构的影响、液相质量分数和颗粒温度的关系以及对壁面辐射热流的影响。主要结论如下:(1)高空固发羽流中,气体轴向速度场呈现V字形分布,轴线处气体轴向速度较低;(2)相变对颗粒温度产生显著影响,再辉和传热控制的冷却两阶段,颗粒温度升高,间接影响气固相互作用和颗粒辐射;(3)辐射在流动后半段决定了颗粒温度的降低,而在流动前半段对流起到了主导作用;(4)颗粒粒径和液相质量分数共同影响相变过程,粒径越小温度降低越快率先发生相变,液相质量分数越大相变持续时间越久。