轻烃泵因泵送介质易发生相变而常导致其轴端密封失效,进而带来巨大的经济损失,端面微造型结构缓解了轻烃泵用机械密封的现存问题。应用于轴承、机械密封领域的端面微造型结构多以径向排列为主,但其润滑效果总是差强人意。鉴于仿生结构在摩擦学领域能显著改善端面润滑特性,本文将微造型结构与仿生学相结合,利用ANSYS、MATLAB等商业软件对端面微造型仿生分布机械密封的稳态性能进行研究。首先,为了研究低转速时可能出现的混合摩擦情况,本文建立考虑表面粗糙度的物理模型,编程判断端面微造型仿生分布机械密封的润滑状态;在全液膜润滑状态下基于Schnerr-Sauer模型建立端面微造型仿生分布机械密封稳态流场模型,并将其密封性能与径向排列的微造型机械密封的密封性能进行对比;第二,考虑多种形状微造型结构及按不同仿生结构排列的微造型结构性能的优劣,研究几何参数、工况参数对其密封性能的影响,并对密封的结构参数进行优化;第三,计算流固耦合状态下端面液膜温度场分布及力热变形情况,分析端面液膜最高温度及变形情况与压差、转速的变化关系;最后,对圆形微造型、正方形微造型仿生分布机械密封进行试验研究,分别测量两种微造型结构的摩擦扭矩及泄漏量,为今后微造型仿生分布机械密封的研究奠定基础。综上所述,得出下列结论:转速较低时端面处于混合摩擦状态,超过“临界转速”后处于全液膜状态;端面微造型仿生分布机械密封每个微造型槽区都会产生流体动压效应,与径向排列的微造型结构相比,仿生分布的密封性能更优,证明微造型结构仿生分布的合理性;通过对端面几何结构进行优化,微造型槽区半径为0.6~1.5mm,槽区深度1~2.5μm,“蜗牛线”螺旋角为15°时圆形微造型仿生分布机械密封性能最优;动静环的热变形大于力变形,热变形在总变形中占主导地位;试验结果与模拟结果较为一致,验证了数值模拟的准确性,为工程应用提供指导依据。