上游泵送机械密封是在普通机械密封的一个密封端面开设泵送槽，两端面在相对运动时产生泵送效应，将低压侧的液体反输回高压侧，达到降低甚至避免泄漏的目的。众多学者在密封性能以及优化等方面进行了比较深入的研究，但对流固耦合少有涉及。本文以上游泵送机械密封为研究对象，开展了密封内流场特性、单向流固耦合、双向流固耦合分析及模态分析等理论研究，并进行了试验验证。主要研究工作及结论如下:　　 (1)采用Pro/E软件建立螺旋槽上游泵送机械密封的三维参数化模型，应用Fluent软件的动网格技术，同时考虑空化的影响，对机械密封微间隙内流场进行了数值模拟，分析了形貌参数和工况参数对液膜刚度和泄漏量的影响。研究表明:液膜厚度模拟结果与有关文献测试结果基本一致，平均相对误差为8％，验证了应用动网格技术计算机械密封液膜厚度的可行性;机械密封内流场必须考虑空化问题才能得到比较真实的内流场特性;一定工况下的槽深为2～5μm，螺旋角为14°～18°，槽数为8～14，槽径比为0.3～0.5时，密封的性能较好，由此为本文后续研究选择了较优模型;液膜厚度、泄漏量和液膜刚度随着转速、介质压力的增大而增大。　　 (2)采用激光加工技术进行密封面微造型，对普通机械密封和上游泵送机械密封进行了试验研究和对比。结果表明:与普通机械密封相比，上游泵送机械密封运行稳定性更好，泄漏量和摩擦扭矩更小，更适合用于高参数的场合。　　 (3)建立了密封动、静环三维几何模型，将由Fluent软件模拟获得的液膜压力作为动环端面的一个边界条件导入ANSYSWorkbench进行单向流固耦合计算，在不同工况下对C石墨、SiC、WC和YWN8四种材料的密封环进行了有限元对比分析。研究表明:最大变形发生在密封环端面螺旋槽顶端，而最大应力发生于密封环背面的密封台阶处;最大变形和最大应力几乎不受转速的影响，而受介质压力的影响比较明显，且呈线性增加的趋势;与其他材料相比，动环材料推荐优先选用SiC。　　 (4)建立了上游泵送机械密封的双向流固耦合模型，得到了静环的总变形和应力，以及液膜压力变化情况，并将单向流固耦合和双向流固耦合的结果进行比较。与单向流固耦合相比，双向流固耦合的最大变形量更小，相对差值最大达到了45.3％;双向流固耦合的端面静压力和泄漏量要比Fluent直接计算得到的结果小得多，且泄漏量随着介质压力的增加而减小，说明双向流固耦合计算的结果更接近实际情况。最后，进行了自由模态和实际模态分析，密封环在正常工作情况下不会产生共振。