为满足超声液体处理技术在新应用领域中对超声功率和作用范围提出的更高要求，需要研究能在较大范围内辐射超声波的大功率换能器。在此研究背景下，本论文提出了通过级联多个普通半波长夹心式超声换能器来提高整个系统功率容量的思想，详细研究了双激励全波长压电超声换能器的设计理论及其工作特性，研制了样机并进行了测试分析。此外，研究了圆管、圆棒及刻槽棒等三种大功率径向输出超声辐射器的设计方法、振动特性以及辐射声场特性。　　 首先，探讨了目前两种用来评判大功率压电超声换能器综合性能优劣的特性参量，即动态参量Neff及优值N，比较了二者的关系。在此基础上，针对考虑损耗因子为常数以及随功率级变化的两种情况，理论分析了夹心式压电陶瓷超声换能器的结构对其工作特性的影响。此外，提出了两种通过优化夹心式压电陶瓷换能器的结构来提高其功率极限的方法。　　 其次，为提高换能器的功率容量，提出多个半波长换能器的级联结构。详细研究了由两个半波长换能器级联而成的双激励全波长压电陶瓷超声换能器，给出了这种换能器的频率方程以及等效电路参量的表达式，分析了该换能器的结构和材料参数对其特性的影响。给出了双激励全波长压电陶瓷超声换能器的多目标优化方案，通过有限元软件对其进行了优化设计并研制了实验样机。测试结果表明，该换能器具有功率容量大、电声效率高、频率稳定性好等优点，可用于超声液体处理等大功率连续工作场合。同时也证明了通过级联多个半波长换能器以提高整个系统功率容量的想法是可行的，为研制大功率超声换能器提供了一种新思路。　　 最后，对圆管、圆棒及刻槽棒等三种大功率径向输出超声辐射器进行了详细研究。利用严格解法给出了自由边界条件下有限长圆管轴对称纵径耦合振动的频率方程，研究了圆管尺寸、泊松比及边界条件的变化对轴对称耦合振动无量纲频率的影响，分析了圆管的纵径转换效率随长径比的变化情况，并计算了管形辐射器在圆柱形水槽中的辐射声场，给出了在大规模超声液体处理中多个管形辐射器的布放原则；基于表观弹性法给出了棒形辐射器轴对称耦合振动的频率方程，研究了棒形辐射器的输入机械阻抗及纵径转换效率与长径比的关系，并对管形辐射器和棒形辐射器的辐射性能进行了对比分析，结果表明管形辐射器的辐射性能更佳；给出了刻槽棒形辐射器的设计方法，研究了刻槽方式对刻槽棒形超声辐射器声辐射性能的影响。以上研究工作为这三种径向输出辐射器在大功率超声液体处理领域的有效应用提供了理论依据和技术支撑。