高压多级离心泵作为流体输送核心装置,在航天、石油化工、核电等行业受到广泛应用。在此类装置,特别是高压多级离心泵中,由于平衡压力及密封的需要,存在大量如密封口环、级间密封及平衡鼓等环流密封结构。随着工业的迅猛发展,用户及设计人员对离心泵水力性能及动力学性能的要求也不断提高,目前广泛应用于离心泵中的光滑液体环流密封的密封性能及动力学性能正面临巨大挑战。对于液体环流迷宫密封、阻尼密封的密封性能及动力学性能的研究及其优化设计逐渐兴起,而针对螺旋槽迷宫密封、人型槽迷宫密封等在实际工况中具有泵送效应的环流密封的密封性能及动力学性能的研究较少,如何准确、可靠地对此类密封的性能,尤其是动力学性能进行求解,探寻此类密封的优化设计方法,是一个重要课题。本文以人型槽液体环流迷宫密封为研究对象,分别针对螺旋槽转子齿迷宫密封、人型槽转子齿迷宫密封及人型槽定子齿迷宫密封的动力学特性进行研究,并通过不同工况、结构、几何参数对研究对象动力学特性的影响研究,探寻其优化设计方法。同时,本文针对研究对象展开一系列试验研究以验证数值计算方法的可靠性。论文的主要内容包括以下四个方面：第一,为了准确描述螺旋槽转子齿迷宫密封间隙内流体流动情况,提高密封稳态流场、泄漏量及动力学特性的计算精度,对Iwatsubo提出的螺旋槽转子迷宫密封的两控制体分析方法进行完善。将周向动量方程、周向速度摄动量及其随轴向坐标的变化加入螺旋槽转子迷宫密封流体微元控制方程组中并提出相应求解方法。通过Iwatusbo的计算与试验结果验证新的分析方法的有效性与可靠性,并利用提出的分析方法对比分析不同工况参数、结构参数对螺旋槽转子齿迷宫密封密封性能及动力学性能的影响。第二,结合新的螺旋槽转子齿迷宫密封密封及动力学性能分析方法与Childs提出的有限长光滑密封动力学分析方法,提出适用于Blasius及Moody摩擦模型的人型槽转子迷宫密封密封性能及动力学特性的分析及求解方法。基于该分析方法,分析人型槽转子齿迷宫密封相对于光滑环形密封及螺旋槽转子齿迷宫密封的性能优势,并对不同操作工况、结构形式、结构参数及表面粗糙度对人型槽迷宫密封动力学性能及稳定性的影响进行详细研究。第三,为准确描述螺旋槽定子齿迷宫密封间隙内流体的流动状态,充分凸显螺旋槽的结构优势,将由螺旋槽引起的泵送效应加入Childs提出的螺旋槽定子齿间隙内流体微元的控制方程组中,对螺旋槽流域稳态流场求解进行修正。同时,结合有限长光滑密封动力学分析方法,提出人型槽定子齿迷宫密封密封性能及动力学特性分析及求解方法。对比相同工况、结构型式下的人型槽定子与转子迷宫密封密封性能、动特性系数及稳定性优缺点,并对不同结构形式、几何参数对人型槽定子迷宫密封动力学特性的影响进行深入分析。第四,设计并改造完成环流密封流体力测定系统,实现待测密封定子偏心及涡动比独立、精确可调,对不同工况下不同结构型式的密封流体力合力进行测定,并将试验结果与计算结果对比,验证本文所述人型槽液体环流密封泄漏量及动力学计算模型的可靠性。研究结果显示,本文提出的针对螺旋槽转子齿迷宫密封泄漏量及动力学特性系数的求解方法计算结果与试验结果一致,对泄漏量及动特性的计算精度比原分析方法更高。人型槽转子齿与定子齿迷宫密封的流体力计算结果从定性及定量两方面均与试验结果一致。此外,压差对螺旋槽及人型槽迷宫密封性能的影响远大于转速,几何参数如螺旋角、长径比、齿宽、槽宽等均对研究对象的密封及动力学性能有较大影响,且人型槽迷宫密封的各部分组合形式对其动力学特性有决定性作用。本文研究内容与结论为离心泵口环密封、级间密封及平衡鼓密封等环流密封的结构设计及轴系的整体优化设计提供理论基础。