在高速运转的液膜密封端面之间,由于端面微造型、变形等导致的流道收缩和扩张,容易使得微间隙液膜发生空化现象。空化现象的出现能够起到提高开启力、降低泄漏率的作用,特定情况下,可以实现空化减阻,但在空化发生比较剧烈时,会导致液膜开启力下降,密封稳定性降低,端面发生磨损。为了探究微纹理表面改性在空化抑制方面的可行性,本文从数值模拟和实验研究两个层面开展微纹理表面改性对液膜密封空化特性影响的相关研究,主要内容及结论如下:首先基于螺旋槽液膜密封建立理论模型,采用正交实验和数值模拟相结合的方法,对流体型槽进行优化设计,以此为基础建立液膜物理模型,数值模拟考察液膜密封流体槽底面剪切条件对液膜空化流场特性的影响,对比研究了不同转速槽底面两种极限滑移条件,即无滑移和无剪切条件下的开启力、泄漏率、空化占比和空化区速度分布规律。结果表明:槽底面剪切对液膜空化体积及密封性能有很大影响,无剪切相对于无滑移可以有效提高液膜开启力,降低密封泄漏量,使得空化临界转速从4000r/min提升至7000r/min,减小空化体积占比,降低率超过75%;无剪切条件下,空化区边界速度波动更为平稳,密封稳定性更好。然后,对液膜密封槽底面进行微纹理化改性,在槽底设计不同结构参数的微纹理,系统对比研究不同几何、工况参数下有、无纹理液膜密封的液膜开启力和泵送率的变化规律。结果表明:槽底微纹理的存下对液膜密封性能有显著的影响,但不会影响液膜密封流体型槽结构参数最优值得选取;槽底微纹理存在可以有效减少空化体积占比,提高密封性能。最后,依据理论研究结果,开展微纹理表面改性实验,采用激光加工技术,设计加工一系列不同结构参数的微纹理表面,进行表面润湿性测量实验,以接触角为对比参数,分析研究不同纹理形状和尺寸对表面润湿性的影响规律,探究疏水表面对液体中气泡的吸附效果。结果表明:条形纹理加工后的表面疏水效果最好,网格纹理加工后表面更加亲水,部分网格纹理加工参数下网格状纹理表面趋于超亲水状态;方形凹坑和圆形凹坑纹理加工后表面的接触角多集中在50°～90°,整体呈亲水状态;疏水纹理表面对气泡有较好吸附效果,可以在液膜密封运转时减小界面剪切应力。通过数值模拟和实验研究,得到了液膜密封槽底固-液界面剪切对液膜空化流场特性的影响规律,以及微纹理表面改性对液膜密封空化效应的影响,实验验证了条形微纹理表面疏水改性后减小界面剪切应力的可行性,研究结果对液膜空化抑制及密封性能提升有一定的指导意义。该论文有图68幅,表8个,参考文献76篇