干气密封(DGS)因其非接触运行特性,具有摩擦功耗低、使用寿命长和泄漏率低等优势,目前已在旋转机械中得到广泛应用,其中以螺旋槽干气密封(S-DGS)应用最广。随着S-DGS应用范围的扩大,因其高速气膜稳定性或低速开启特性不佳而导致的密封端面磨损失效事故时有发生。为解决上述S-DGS的运行问题,基于叠加组合型槽结构特征,提出了两种新型叠加组合型槽DGS,并对其开展了理论和实验对比研究。首先,分析并总结了分别适用于低速和高速条件的现有叠加组合型槽的结构特点,在此结构共性的基础上,分别提出了两种新型叠加组合型槽——贯通组合槽和似叠罗汉槽。基于气体润滑理论,建立了新型叠加组合型槽DGS的几何模型和稳态密封性能分析数学模型,采用有限差分法求解雷诺方程获得了DGS稳态密封性能参数;建立了DGS开启过程理论分析模型,对开启过程中密封端面进行受力分析,给出了DGS开启判断依据和程序计算框图,并验证了本文数值模型和求解方法的正确性。其次,对比分析了贯通组合槽DGS和S-DGS在低速条件下的稳态密封性能和开启特性,揭示了其具有高气膜刚度的密封机理,研究了工况参数和型槽结构参数对其稳态密封性能的影响规律,进一步获得了型槽结构参数优选值,结果表明:与S-DGS相比,贯通组合槽DGS在低速条件下的气膜刚度和刚漏比更大,且具有更低的临界开启转速。探究并获得了高速条件下叠加组合槽的最佳叠加组合型式,辅以密封端面压力场和速度场的分布,研究了工况参数和结构参数对其稳态密封性能的影响规律,结果表明:在高速低压条件下,优选结构的叠加组合槽DGS较S-DGS具有更高的气膜刚度和更低的泄漏,综合密封性能显著提升,且速度越高,压力越小,性能优势越明显。最后,在自主搭建的闭合力可调、气膜厚度和泄漏率可测的干气密封实验台上开展了不同工况条件下贯通组合槽DGS和似叠罗汉槽DGS的稳态密封性能实验研究。结果表明开启力的理论值与实验值相差不超过6%,泄漏率误差在30%以内,说明理论计算结果与实验测量值吻合程度良好。与S-DGS相比,低速条件下贯通组合槽DGS和高速条件下似叠罗汉槽DGS的密封性能均较优越,与数值模拟得到的变化规律一致。论文的研究结果为低速和高速条件下DGS螺旋槽的结构改型和性能提升提出了新的方向,并通过数值分析和实验结合方式进行了验证,进一步完善了干气密封端面型槽的设计理论与方法。