随着环境问题的日益严峻,具有温室效应的传统制冷剂CFCs及HFCs面临巨大的替代压力,自然工质CO2由于其高效及环境安全性被认为是最有前景的替代制冷剂之一,并且在跨临界循环中的性能表现突出。而使用喷射器来替换跨临界CO2制冷循环中的节流装置不仅能减少节流损失,还能有效提高系统循环效率。为进一步提高系统的性能,对其核心部件喷射器内部流动机理及几何结构进行了优化分析。首先,针对喷射器内部存在的激波效应对喷射器的性能有重要影响,而现有的一维理论模型无法实现对激波的捕捉这一不足。提出在考虑CO2两相喷射器内部存在的非平衡相变、超音速流和激波等复杂流动现象时,建立喷射器的CFD模型来捕捉喷嘴出口处的激波特性,采用空化理论和沸腾相变模型来模拟流体的相变过程。经与文献中的实验验证,沸腾空化模型能够有效分析喷射器的性能,喷射系数的最大误差为5.8%;进行五种湍流模型的对比,其中SSTk-ω模型能很好的预测内部流动。其次,进一步分析临界背压对喷射器性能的影响及其与激波特征间的关系,结果表明:喷射器存在临界背压,当背压低于临界值时,在扩散室入口处混合流体速度达到音速,出现壅塞,此时喷射系数维持在最大值不变,而背压的变化对激波链的影响不明显。随着出口压力的增大,激波链的长度逐渐变短且强度也随之减弱。最后,对设计工况下的喷射器几何尺寸混合段和扩散段进行优化,分析其与激波间的关系,结果表明:1)分析扩散角变化的影响,存在一个使摩擦损失和湍动能损耗都较小的最佳扩散角;2)在一定的工况下存在最佳的混合室长度和直径使喷射系数较高,当混合室直径一定时增加混合室长度有助于增加激波链的长度,但超过最佳混合室长度时,激波的强度逐渐减弱;而在混合室长度不变的条件下,减小混合室直径会使工作喷嘴出口处的激波幅度减弱,扩散室入口处的激波增强,而过多的增加混合室直径会使混合室的作用降低,失去升压效果。本文所建立的模型及方法有助于解释实验结果并可作为CO2两相喷射器的设计工具。