喷射器具有结构简单、操作便易和坚固耐用等特点,在空调制冷、航空航天、海水淡化和化工工业等领域有着广泛的应用。喷射器系统临界工作点性能对工况参数非常敏感,当工况变化时,喷射器性能波动极大,因此研究变工况下喷射器临界性能具有重要理论意义和实用价值。本文针对该问题,研究变工况下超音速喷射器性能优化及其内部非平衡冷凝机理,主要包括以下四项工作:1.研究了喷射式制冷系统一次流压力变工况下临界背压对喷射器性能的影响。结果表明,在背压不变的情况下,引射比随一次流压力的升高呈现出先升高后降低的趋势。根据实验结果提出了最优一次流压力模型和最优引射比模型,对于喷射器性能优化提供了控制指标。2.研究了以R134a为冷媒时工作流体过热度对喷射器性能的影响。结果表明引射比随工作流体过热度的增大而增大,两者基本呈线性关系,在一定程度上,提高工作流体过热度能够减轻喷射器内部的相变问题,对于提高喷射器制冷系统性能具有积极作用。3.通过引入湿蒸汽模型,研究了喷嘴入口过热度及其喉嘴比对喷射器喷嘴内部的非平衡冷凝的影响。深入分析了非平衡冷凝从成核阶段到液滴生长阶段的全过程。实验数据显示喷嘴非平衡凝结过程中释放大量潜热,对超音速流体具有升压、降速及降温的作用。喷嘴入口过热度从5K上升到30 K过程中会造成冷凝激波位置40.22%的后移和强度43.92%的降低,在不改变喷嘴出口压力的前提下,提高了流体稳定性。4.提出了自调节NXP(喷嘴出口与混合室入口距离)喷射器的概念,通过将波纹管与喷射器喷嘴结合,使喷嘴能够根据一次流压力的变化自动调节喷嘴的位置。仿真数据表明存在最优NXP区域使喷射器达到最高工作效率。随着NXP的增大,二次流质量流量呈现出先增大后减小的趋势而一次流的质量流量基本保持不变。最后,推导出最优NXP与一次流压力的关系式,为自调节NXP喷射器的设计提供了依据。