高超声速流场中,尤其是再入流场气动热的准确预测对其热防护系统的设计、外形优化设计及飞行轨道优化起到了极其重要的理论指导作用。飞行器在大气中的飞行速度达到高超声速的时候,近飞行器侧流场具有强烈的热化学非平衡效应,同时其头部表面与激波层之间区域的多组元空气具有很强的热辐射,辐射加热和气动加热共同加热了飞行器表面,对辐射加热现象的研究有助于挖掘辐射传热的理论机理,进一步有效指导工程设计。因此本文针对热化学非平衡流和流场中的辐射传输及热辐射开展了数值模拟研究。首先,本文对热化学非平衡流及辐射传输及特性的数值求解方面相关研究现状做了调研,并比较得到了本文采用的整个理论体系,并推导了求解流动控制方程和辐射传输方程所采用的有限体积法,且编制了相应的计算程序。开展了热化学非平衡流和辐射传输数值计算程序的准确性验证,本文结果均与文献相符,有效证明了本文的理论方法,并从多个维度重点分析了热化学非平衡流场特性。其次,阐述了中高温和高温条件下气体辐射特性的原理机制并推导了本文采用的逐线计算法,且编制了相应的气体辐射特性精细化计算程序并通过相关算例进行了校验,研究了不同计算参数对结果的影响;提出并推导了本文采用的中高温和高温改进的气体辐射特性工程计算方法和流程,且编制了对应的计算程序并进行了校验。研究结果显示截断波数和波数分辨率均有较大的影响,本文都取得了和文献结果相符合的结果,有效证明了本文的理论计算方法,并为辐射传输数值模拟奠定了基础。最后,研究了不同因素对辐射传输的影响规律和开展了热辐射数值计算程序的准确性验证,本文都取得了和实际及工程结果相符合的结果,有效证明了本文的理论方法,并以其中一个飞行状态为例研究了流场中热化学非平衡特性和辐射加热特性的相关性。基于典型弹道数据开展了典型飞行器的热化学非平衡流场和热辐射数值模拟,研究了驻点对流和辐射热流及两者占比的变化趋势,研究结果显示辐射热流值和占比均存在峰值,而对流热流值和占比趋势相反,且辐射热流对对流热流有明显的冷却作用。以驻点为例研究了不同因素对高超声速流场中辐射热流的影响规律,研究结果显示除物面催化因素外其余因素均有较大的影响。