研究表明,物体间距远小于辐射换热的主导波长的辐射换热（近场辐射换热）能够超过黑体辐射理论极限。国内外研究工作广泛讨论了近场辐射换热增强的机理。为了便于讨论近场辐射换热增强的内在物理机理,大部分的研究假设参与辐射换热的材料为无穷大并且分界面光滑。随着研究的深入,人们发现材料表面微结构对近场辐射换热的影响十分显著。为了探究微结构形貌对近场热辐射的作用机制,本文基于涨落耗散理论以及电磁学理论,结合近场热辐射的应用背景,进行了以下的研究:1.二维光栅结构的近场热辐射研究光栅结构能够通过SPPs以及HPs等电磁效应的耦合作用,提升物体之间的近场辐射换热量。已有的研究阐述了一维矩形光栅对近场热辐射的调节机理。本文研究了二维光栅的结构形貌对近场热辐射的作用机制。本文定义无量纲参数表征二维光栅的几何结构特征。研究了二维光栅的几何结构参数（周期、振幅以及相对位置）辐射换热量,得到了二维光栅之间的辐射传热与光栅结构特征的对应关系。通过计算二维光栅辐射场的分布规律,揭示了二维光栅对近场热辐射内在的作用机制。2.随机粗糙表面的近场热辐射研究随机粗糙表面是一种特殊的微观结构,这种结构具有随机性。本文采用谱方法构建了随机粗糙表面,使用均方根高度、相关长度以及基准平面等物理量来表征随机粗糙面的几何特征。基于辐射涨落耗散理论与Wiener混沌展开,将热辐射源分解并带入Maxwell方程,使用时域有限差分（FDTD）方法,研究了随机粗糙度对近场热辐射的影响。根据随机粗糙度的统计学特性,数值模拟过程采集了多个不同的样本的计算结果并且取平均,得到随机粗糙表面对近场热辐射的综合影响。研究表明,粗糙表面对高温物体之间的辐射换热影响显著,合理控制随机粗糙表面的几何特征,可以作为调节近场热辐射的一种途径。3.有限尺寸结构的近场热辐射研究半无穷大平行平板、周期结构对近场热辐射的影响已经有大量的理论研究,然而有限尺寸物体之间的近场热辐射的研究却很少。对有限物体近场辐射换热的研究对实际应用具有重要的作用。本文以无穷大平板之间的辐射换热作为参照,探讨了有限物体之间的近场辐射换热的影响因素以及其背后的物理机制。定义了无量纲距离表征有限平板的几何结构特征,基于电磁场边界元方法阐述了边缘效应对近场辐射换热的影响。进而将有限大小平板放置于封闭微腔内部,揭示了边界材料对有限尺寸平板之间的近场辐射换热的影响。通过计算有限物体之间的辐射能流的分布,揭示了边界材料属性对物体之间的近场辐射换热作用的物理机制。4.微结构辐射换热格子波尔兹曼方法的研究基于数值方法求解微结构近场辐射换热可以很好地理解微结构对近场热辐射的作用机制。格子玻尔兹曼方法模拟辐射换热,在辐射源项的添加、微结构的加入等方面有显著的优势。然而,传统的格子玻尔兹曼方法无法预测倏逝波对热辐射的贡献。本文基于光子的波动性与Maxwell方程组,推导出倏逝波的传播同样满足玻尔兹曼输运方程的形式。同时给出了方程的离散方法、介质分界面的处理方法以及算例。5.基于多层膜结构的近场热辐射调控研究多层膜结构可以被应用于近场辐射换热的调节,通过选取合适的膜层厚度和材料种类可以实现系统辐射换热量的调节功能。本研究基于多层膜结构,提出了近场热辐射开关的理论模型。使用基于多层膜的电致变色器件作为近场热辐射开关的两极,通过改变施加在多层膜材料上的电压来控制辐射热流的开关状态。首先,本研究定义了无量纲的开关系数,以此来表征近场辐射热开关的工作效率。其次,通过计算电致变色材料辐射传热的传递系数的分布,分析了辐射热开关的工作机理。进而,研究了多层膜结构的膜层厚度的变化对辐射热开关工作效率的影响机制。研究表明,辐射热开关的两极间距很小的情况下,开关系数能够达到98%。基于多层膜结构的辐射热开关,有开关系数大、实现辐射热开关作用的真空间距范围大的优点。