机械密封是一种阻止流体泄漏、保证机器安全稳定运行的轴封装置。随着机械密封技术的不断进步和发展,出现了一种新型流体动压型机械密封-上游泵送机械密封。上游泵送机械密封是非接触式机械密封的典型代表,由于其泄漏量小、摩擦功耗低、使用寿命长等优点广泛应用于各种旋转式流体机械中。大多数学者对于上游泵送机械密封的研究主要集中在性能及参数优化方面,但对流固耦合的研究涉及较少。本文以斜线槽上游泵送机械密封为研究对象,开展了密封端面流场特性、正交试验优化、单向流固耦合分析等理论研究。首先,介绍了斜线槽上游泵送机械密封的整体结构、端面结构、密封机理、工作原理、型槽结构参数和主要性能参数。然后,采用Pro/E软件建立斜线槽上游泵送机械密封端面流场的三维模型,通过Fluent软件对端面流场进行了数值模拟,探讨了结构参数(槽数、径向夹角、槽径比、槽宽比、槽深、液膜厚度)和工况参数(压差、转速)对密封性能参数的影响情况。通过设计正交试验优化方案,分析了结构参数和工况参数对密封性能影响的显著度。结果表明:槽数、径向夹角、槽深、液膜厚度、转速和压差对密封端面开启力影响显著,槽径比和槽宽比对开启力影响不显著;槽数、槽宽比、液膜厚度、转速和压差对密封端面泄漏量影响显著,径向夹角、槽径比和槽深对泄漏量影响不显著。通过综合平衡原则,对斜线槽上游泵送机械密封的结构参数进行了优化,得到了型槽结构参数的最优组合。最后,根据优化后的组合参数,建立了斜线槽上游泵送机械密封流固耦合三维几何模型,在ANSYS Workbench中进行单向流固耦合计算,在不同工况条件下对SiC、WC、YWN8三种动环材料进行了有限元对比分析,研究材料和工况参数对应力和变形的影响。结果表明:最大应力和最大变形均发生在斜线槽外径边缘,最大应力随转速的增加逐渐减小,转速对最大变形基本没有影响;压差对最大应力和最大变形影响较大,且均呈线性增加的趋势;与其他动环材料相比,推荐优先选用SiC。本文的研究结果对斜线槽上游泵送机械密封的设计和参数选择具有指导意义。