随着航运业的迅速发展,国际海事组织对船舶的节能减排提出了新要求。远洋船舶能耗巨大,如何提高船舶的能效、减少有害物质的排放是当前研究的热点。喷射器是一种有效的节能设备,在船舶余热制冷和海水淡化等领域有着广阔的应用前景。但是喷射器内部流体的流动和混合过程非常复杂,其内在工作机理尚不清楚。因此,本文采用数值模拟和可视化实验的方法对喷射器内部的流动和激波特性开展了研究,主要研究内容包括:首先,建立喷射器的数值计算模型,研究了工况条件对喷射器内部流场特征和工作性能的影响规律。在此基础上,在不同喷嘴马赫数、等截面积混合段长度和扩压室长度的条件下,研究了混合室长度对喷射器内部流场和工作性能的影响。研究结果表明:喷射器的混合室长度存在一个最佳值,且喷嘴马赫数越高,最佳混合室的长度越小,但是喷射器的性能也越差。等截面积混合段长度和扩压室长度对喷射器引射比的影响较小,但是对临界压力的影响较大。增加等截面积混合段长度并减少混合室长度,可以增加喷射器的临界压力。增加扩压室的长度可以提高喷射器的临界压力,但是随着扩压室长度的增加,临界压力增加的幅度会越来越小,扩压室长度等于200mm比较合适。其次,搭建了蒸汽喷射器的可视化实验台,采用高清相机和热成像仪对亚临界状态下蒸汽喷射器内部的回流过程开展了可视化实验研究。实验结果表明:当喷射器处于亚临界状态时,喷射器的性能随着冷凝压力的升高而迅速下降。同时在混合室入口处会形成大量涡流并使凝结的液珠回流。而随着冷凝压力的进一步升高,壁面凝结的液珠会越来越小,直至消失。喷射器混合室和扩压室的壁面存在明显的温度差,混合室入口处的温度要远远低于扩压室内的温度。而随着冷凝压力的升高,混合室的温度会越来越高,因此壁面凝结的液珠会越来越小。最后,搭建了基于纹影法的空气喷射器可视化实验台,研究了工况条件、喷嘴出口面积和喷嘴出口形状对喷射器内部激波特性和工作性能的影响规律。实验结果表明:喷嘴出口处产生连续的膨胀波、压缩波,并反复叠加形成一连串强烈的激波链。激波链的结构与喷射器的工况条件、喷嘴出口形状有关。当工作压力升高时,激波数量变多,激波链变长。而当引射压力升高时,激波链的长度变短但是膨胀角度变大。当喷嘴处于欠膨胀状态下时,喷射器的引射性能提升,但是抽真空能力下降。当喷嘴处于过度膨胀状态下时,激波强度最弱,喷射器的性能也最差。采用波瓣形的喷嘴出口形状可以有效提高喷嘴出口处工作流体的扰动能力,从而提高喷射器的引射性能。通过对比研究,四波瓣喷嘴出口的气流流动紊乱程度最高,对喷射器性能的提高幅度最大。与采用拉法尔喷嘴的喷射器相比,当工作压力为550kPa,引射压力为70kPa时,采用四波瓣喷嘴的喷射器的引射流体质量流量提高了 101%,引射比提高了 117%,最低引射压力降低了 5.03%。