机械密封作为轴端旋转机械的主要密封元件,因其承载性能好、可靠性高及服役寿命长等优点被广泛应用于压缩机、发动机、泵等旋转流体机械中。但随着我国现代工业向集成化、轻量化、零污染以及高转速的方向发展,对机械密封的要求也愈加苛刻,随着高转速机械密封的使用率大大增加,机械密封的液膜空化现象及流体湍流效应均对密封稳态性能产生了严重的影响。因此开展端面螺旋槽液膜密封空化及湍流效应的研究,不仅可以为今后端面螺旋槽液膜密封空化及湍流效应的研究提供一定的理论依据,也符合我国关于能源利用及工业发展的要求。论文首先针对端面螺旋槽液膜密封空化效应,基于Schnerr-Sauer空化模型采用流场计算软件Fluent对机械密封端面液膜密封流场进行空化模拟,探究液膜密封在不同转速、入口压力、槽深、液膜厚度以及不同螺旋角下空化效应的变化规律。研究结果表明:端面螺旋槽液膜密封在考虑空化效应时的开启力和泄漏率均小于不考虑空化效应下的值,而且工况参数和结构参数的影响规律基本相似。综合考虑端面螺旋槽液膜密封的密封性能以及可靠性,建议取槽深为8μm～12μm、液膜厚度为3μm～4μm和螺旋角为15°～20°时,端面螺旋槽液膜密封的整体密封性能达到最佳。其次,对于高速工况下的端面螺旋槽液膜密封,基于k-ω湍流模型及SchnerrSauer空化模型对机械密封端面螺旋槽液膜进行流场模拟研究,对比分析空化效应下不同流态、不同螺旋槽几何参数和操作参数对密封稳态性能以及空化区域面积的影响。研究结果表明:端面螺旋槽液膜密封在考虑湍流效应下的开启力、泄漏率以及空化面积比均大于层流状态下的值,且随着几何参数和工况参数的变化,层流效应和湍流效应对密封开启力、泄漏率以及空化面积比的影响规律基本相似;在不同条件下,螺旋槽外径侧更容易产生空化效应,且湍流效应下的空化区域明显大于层流效应。因此在端面螺旋槽液膜密封中,湍流效应和空化效应对密封稳态性能的影响不可忽略。最后,基于空化效应及湍流效应,在Workbench平台对端面螺旋槽液膜密封进行热流固耦合分析,通过加载应力场及温度场来探究空化效应对密封环应力应变的影响规律。研究结果表明:考虑空化效应的影响时,密封环的应力应变明显减小;且随着工况参数的增加,考虑空化效应和不考虑空化效应时密封环的应力和应变均增大,但考虑空化效应时密封环的应力应变均小于不考虑空化效应时的值,主要是由于空化效应减小了密封液膜的开启力,导致其应力应变减小;静环的变形量大于动环,主要原因是由于静环材料较软易发生变形,所以静环的变形量大于动环。本论文分别从宏观和微观的角度出发对端面螺旋槽液膜密封的整体密封性能进行计算分析,研究成果不仅丰富和拓展了螺旋槽液膜密封在空化效应及湍流效应方面的润滑理论,也为后续高速机械密封空化效应的研究与应用提供了一定的技术支撑。