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喷射器可以同时实现流体升压、喷射和混合三方面功能，其以相对简单的机械结构和无运动部件的工作特点，以及低成本易维护、易密封、高可靠、长寿命、工质适应性强等突出优势，是热法低温多效蒸馆(MED-TVC)海水淡化系统和质子交换膜燃料电池(PEMFC)氢循环系统的核心部件。本文在传统喷射器结构与理论基础上，综合应用机理分析、模型仿真和实验验证手段，对喷射器内部流体流动现象、机理以及整体性能进行了深入研究，提出并设计了两类新型跨音速喷射器结构，主要研究内容包括:
针对MED-TVC海水淡化系统中抽真空部分抽吸能力不足的问题，设计了两级真空喷射器，列出了详细的结构与尺寸参数，同时还建立了其基于热力学的数学模型。经过实验验证，本文设计的两级真空喷射器在一次流压力约为600kPa的前提下可以达到5.3kPa的真空度，性能远强于传统单级喷射器。使用计算流体力学(CFD)方法，深入分析了两级喷射器内部超音速流体的流场特性，主要包括内部端流流动、超音速喷嘴出口的射流特性、激波现象、两级喷射器的"最终激波"与窒塞现象等。根据仿真结果得到了两级喷射器工作特征图，并将其与传统的单级喷射器工作特性进行了对比。此外，本文还分析了两级喷射器中间连接段结构对于喷射器整体性能的影响。
在两级喷射器的设计中，前后两级结构之间的匹配问题是重中之重，关系到整体喷射器是否可以正常运行，因此本文在两级喷射器设计中首次提出了前后两级喷射器匹配参数:尺寸比(Scale ratio)，并通过计算分析，得出两级喷射器最优尺寸比数值，在这一结构基础上再进行喷射器结构的优化，可以确保其发挥最佳性能，此结论和参数可以为今后两级喷射器的设计提供一定的借鉴作用。
针对PEMFC燃料电池氢气循环系统，提出了新型多喷管喷射器结构模型，根据喷射器的气体动力学模型以及燃料电池运行参数，计算出了喷射器喷嘴等关键结构的尺寸，给出了喷射器整体设计方法、喷嘴喷管排布方法以及详细的结构参数，经过仿真和实验验证，多喷管喷射器可以在保持供氢压力相对稳定的前提下，大幅扩展喷射器的一次流流量范围和燃料电池电堆输出功率。
本文设计的多喷管喷射器主要针对氢气循环单元中，传统喷射器有效工作区间短导致的电池输出功率范围有限的问题，设计的喷射器可以自由切换处于工作状态下的喷管，从而实现动态控制一次流氢气供给量，确保在大流量范围内氢气喷射器可以稳定运行，有效扩展喷射器工作区间，使燃料电池输出功率的范围达到了约20kw到100kW，与传统喷射器相比，性能大幅提升。此外，本文还使用计算流体力学方法，对多喷管喷射器内部高速流体的复杂流场进行了可视化分析，研究了带倾角和偏移的喷管射流产生的端流现象以及其与引射性能之间的关系:引入了二次流相对湿度的影响，研究发现随着氢气中所含水蒸气比例的增加，喷射器引射性能逐渐加强;研究了多喷管喷射器四种不同工作模式下，其内部流场状态、变化一次流对于性能的影响等问题，并将其与传统结构喷射器进行了对比。
针对MED-TVC海水淡化系统中抽真空部分抽吸能力不足的问题，设计了两级真空喷射器，列出了详细的结构与尺寸参数，同时还建立了其基于热力学的数学模型。经过实验验证，本文设计的两级真空喷射器在一次流压力约为600kPa的前提下可以达到5.3kPa的真空度，性能远强于传统单级喷射器。使用计算流体力学(CFD)方法，深入分析了两级喷射器内部超音速流体的流场特性，主要包括内部端流流动、超音速喷嘴出口的射流特性、激波现象、两级喷射器的"最终激波"与窒塞现象等。根据仿真结果得到了两级喷射器工作特征图，并将其与传统的单级喷射器工作特性进行了对比。此外，本文还分析了两级喷射器中间连接段结构对于喷射器整体性能的影响。
在两级喷射器的设计中，前后两级结构之间的匹配问题是重中之重，关系到整体喷射器是否可以正常运行，因此本文在两级喷射器设计中首次提出了前后两级喷射器匹配参数:尺寸比(Scale ratio)，并通过计算分析，得出两级喷射器最优尺寸比数值，在这一结构基础上再进行喷射器结构的优化，可以确保其发挥最佳性能，此结论和参数可以为今后两级喷射器的设计提供一定的借鉴作用。
针对PEMFC燃料电池氢气循环系统，提出了新型多喷管喷射器结构模型，根据喷射器的气体动力学模型以及燃料电池运行参数，计算出了喷射器喷嘴等关键结构的尺寸，给出了喷射器整体设计方法、喷嘴喷管排布方法以及详细的结构参数，经过仿真和实验验证，多喷管喷射器可以在保持供氢压力相对稳定的前提下，大幅扩展喷射器的一次流流量范围和燃料电池电堆输出功率。
本文设计的多喷管喷射器主要针对氢气循环单元中，传统喷射器有效工作区间短导致的电池输出功率范围有限的问题，设计的喷射器可以自由切换处于工作状态下的喷管，从而实现动态控制一次流氢气供给量，确保在大流量范围内氢气喷射器可以稳定运行，有效扩展喷射器工作区间，使燃料电池输出功率的范围达到了约20kw到100kW，与传统喷射器相比，性能大幅提升。此外，本文还使用计算流体力学方法，对多喷管喷射器内部高速流体的复杂流场进行了可视化分析，研究了带倾角和偏移的喷管射流产生的端流现象以及其与引射性能之间的关系:引入了二次流相对湿度的影响，研究发现随着氢气中所含水蒸气比例的增加，喷射器引射性能逐渐加强;研究了多喷管喷射器四种不同工作模式下，其内部流场状态、变化一次流对于性能的影响等问题，并将其与传统结构喷射器进行了对比。