为研究回吸现象对泄漏率的影响,基于Fluent多相流空化模型,建立椭圆微孔端面机械密封间隙液膜的三维数值计算模型,并从原理上分析影响回吸现象的因素。结果表明回吸越强,泄漏率越低,甚至是零泄漏;回吸现象的影响参数可以分为两类影响动压效应的参数,如转速、内外径压差、空化压力;造成低压区与密封间隙出口截面间距离改变的参数,如方向角(椭圆长轴与水平轴逆时针夹角)、椭圆形状因子(椭圆长短轴比)。探讨各因素对椭圆微孔端面机械密封回吸现象的影响。结果表明,回吸的强弱与转速、椭圆形状因子正相关,与内外径压差、空化压力负相关,与方向角的关系类似正弦曲线。

以S型焊接波纹管为研究对象,主要分析介质压力对焊接波纹管有效作用直径的影响。采用ANSYS Workbench对两种不同尺寸的波纹管进行仿真分析,求解得到不同介质压力下的有效作用直径。将波纹管进行加压试验得到的实际有效作用直径与仿真结果作对比,验证了仿真建立的波纹管分析模型和相应分析方法的正确性。总结得出有效作用直径随介质压力的变化规律：当波纹管受内压时,随着压力的增加,有效作用直径不断下降,其下降趋势越来越缓慢,最终趋于一个稳定值;当波纹管受外压时,随着压力的增加,有效作用直径也会不断增加,其增加趋势越来越缓慢,最终也趋于一个稳定值。研究结果为S型焊接波纹管的仿真分析与有效作用直径的计算提供了参考依据。

综合考虑密封端面间的粗糙表面接触、热弹性变形和黏温效应，结合JFO空化条件，建立了混合润滑状态下织构化端面机械密封的热弹流润滑（TEHD）理论分析模型．在航空泵用机械密封的操作工况范围内，应用有限单元法数值分析了圆形、方形和三角形等几种典型表面织构机械密封在稳定状态下的端面液膜压力、膜厚和膜温分布，以及对密封性能参数的影响规律．结果表明：表面织构对端面压力和温度分布影响很大；端面开三角形织构2的机械密封能获得最大的液膜承载比、最小摩擦系数、最高液膜刚度，在低压下能满足泄漏要求，因此性能最优。

以接触式机械密封动、静环接触界面为研究对象,分析其表面微观形貌中的自仿射分形特性,结合逾渗理论,对密封端面泄漏通道特性进行理论分析,并利用Fluent软件对微通道内的流体流动进行数值模拟,探讨机械密封的端面载荷、表面形貌参数对泄漏量的影响。研究结果表明,密封端面的泄漏量随密封端面分形维数的增加而降低;在某一确定分形维数下,随着表面轮廓尺寸系数的增大,泄漏率也相应增大;端面比载荷对机械密封泄漏率的影响存在但并不显著。逾渗理论是一种研究多孔介质的强无序及随机几何结构端面特性的较好方法,对实现机械密封工作状况的正确判断,指导机械密封件的设计、制造、使用和维修具有一定的指导意义。

上游泵送机械密封是一种具有环保、长寿命、低能耗的高新密封技术,其应用前景将十分广阔。端面液膜特性是决定上游泵送机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。主要依据流体雷诺方程和Muijderman无限窄槽理论,再用端面槽型因子对其进行修正,推导了螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜的径向压力分布、泄漏率、承载力、摩擦力、摩擦系数等液膜特性参数的计算公式,并重点分析了操作参数与槽型参数对端面摩擦系数的影响。研究表明,摩擦系数随转速和粘度增加而增加,随压力增加而减小。槽深H＇=2.5、槽数Ng=10~18、槽宽比B=0.6~0.8、槽长比l=0.6~0.7时,密封环端面间摩擦系数较小,液膜特性较好,这时端面间间隙对摩擦系数几乎没有影响。此研究结果可为上游泵送机械密封的正确使用和设计提供依据。

考虑波度密封端面的粘性生热和润滑液膜与密封环之间的热作用，建立了包括密封环和液膜在内的流固热耦合模型，采用流线迎风有限单元法求解了雷诺方程、热传导方程和能量方程，研究了液膜膜厚、波数、波幅、坝宽比、转速及密封压力等参数对密封环温度场和液膜温度场的分布规律的影响。结果表明：波度对密封端面起到了冷却作用；密封环和液膜温度随着膜厚、波幅增大而降低，随转速、坝宽比增大而升高，波数和密封压力对温度的影响不大。

考虑流体粘温效应，建立了典型核主泵用流体动压型机械密封三维稳态传热有限元模型。建立了由流体域及密封环组成的二维轴对称共轭传热有限元模型，计算了对流换热系数。在此基础上，采用有限元软件求解三维模型密封温度，分析了流体入口流速以及转速对密封端面温度的影响。结果表明：深槽结构导致开槽静环密封端面温度分布不均匀；流体入口速度几乎不影响温度分布；增大转速，密封端面温度显著升高。

为提高多孔端面密封的动压效应，提出了表面织构方向性孔结构。考虑密封端面液膜中的空化现象，应用JFO 空化理论建立了不同表面织构（圆形、椭圆形、菱形）和方向性（平行或垂直速度方向）孔的理论分析模型，运用有限差分法求解Reynolds 控制方程，获得了织构密封表面膜压分布，从而求得开启力，并探讨了其动压效果机理。结果表明：不同表面织构方向性孔的动压效应存在较大的区别，即垂直于速度方向的孔要比平行于速度方向的孔动压效应好，且垂直速度方向的椭圆孔动压效应最好，而平行于速度方向的菱形孔的动压效应最差。