喷射泵广泛应用于海水淡化、喷射制冷、碳捕获、真空、燃料电池、化工工业和推力增强等多个领域。喷射泵优化对提高系统性能具有重要的理论意义和应用价值。然而,喷射泵内部结构参数众多且相互耦合,目前主要用试凑寻优法进行设计,费时费力又难以实现全局最优。针对该问题,本文考虑喷嘴内部工质流动机理与热物理特性,提出了一种解析法优化设计喷嘴结构,并且以蒸汽热压缩低温多效蒸馏(MED-TVC)海水淡化系统为应用对象,设计了流线型喷嘴蒸汽喷射泵并验证了其可行性与优越性。首先,结合工作流体流动机理与热物理特性,推导出喷嘴的1-D等熵稳态数学模型,并提出相应的喷嘴结构优化设计方法。其次,为了验证所提喷嘴数学模型的有效性,基于喷嘴内工作蒸汽轴向静温分布,设计出MED-TVC海水淡化典型工况下的蒸汽喷射泵流线型喷嘴。最后,仿真研究了其在不同工况下的工作特性与内部流场,并从喷射泵性能与设计流程两个方面与传统设计方法进行了比较。研究结果表明:(1)固定一次流压力,临界模式引射比与临界背压均随二次流压力增大而线性增加,二者线性回归方程决定系数分别为0.9989与0.9991。(2)固定一次流压力,正激波位置可作为喷射泵临界模式引射比与临界背压的评估指标。正激波在扩压室内,喷射泵运行在临界模式,引射比最大;正激波从扩压室入口向混合室移动,引射比降低;正激波从扩压室入口向出口方向移动,引射比与临界背压均增大。(3)固定一次流压力,在临界模式下增大二次流压力,正激波向扩压室出口方向移动,引射比与临界背压均增大。此外,增大背压至临界背压时,正激波恰好移动至扩压室进口,喷射泵处于临界模式;继续增大背压,正激波移出扩压室向混合室方向回移,引射比急剧下降,喷射泵处于次临界模式甚至失去引射能力。(4)仿真结果表明,在MED-TVC海水淡化典型工况,一次流与二次流压力分别为600 kPa和15 kPa时,比传统方法设计的喷射泵效率提高14.41%。