在液体动压型机械密封的实际运行过程中,微小固体颗粒常因密封介质携带或端面动压槽负压吸入而进入密封间隙润滑膜,引起润滑膜流场特性变化和因沉积造成动压槽堵塞,严重时会导致密封失效。为此,本文在国家自然科学基金项目(51976078)的资助下,以液体端面密封为研究对象,建立涉及微小固体颗粒和润滑膜空化的气液固多相流计算模型,研究固体颗粒物性参数、工况参数、端面槽型参数及介质温度对微间隙润滑膜固体颗粒运动沉积特性与密封性能的影响规律,为高性能液体端面密封的开发提供理论依据,主要研究工作与结论如下:1、以上游泵送机械密封为具体研究对象,利用Fluent中的Laminar模型、Mixture多相流模型、Zwart-Gerber-Belamri空化模型以及DPM模型建立了密封间隙润滑膜多相流动计算模型并进行模型验证,研究了润滑膜多相流动特性和固体颗粒运动沉积规律。研究表明:螺旋槽外槽根存在高压区,背风侧至内槽根形成低压区,空化出现在背风侧堰区中部;转速增大时高压区和低压区(含空化区)均增大,介质压力增大时低压区缩小;固体颗粒在槽堰低压区被吸入后,主要沉积在槽内低压区的背风侧附近和上游边界以及空化上游边界和外槽根圆周上。2、研究了固体颗粒直径、颗粒进口体积分数、介质压力、转速和润滑膜厚度等参数对密封间隙润滑膜固体颗粒沉积分布、沉积率及密封性能的影响规律。研究表明:固体颗粒主要沉积于螺旋槽低压区,粒径、颗粒进口体积分数的增大导致沉积部位向外槽根和坝区拓展,转速、介质压力的提升导致沉积区域向内径侧方向推移,低转速时会在坝区出现沉积且非槽区沉积呈周向分布;粒径较小、转速增大、介质压力增大、膜厚减小有利于颗粒沉积率的降低;粒径适中、低转速时颗粒进口体积分数增大、高转速时进口体积分数减小、转速及介质压力增大、膜厚减小有利于润滑膜开启力的提升;摩擦扭矩随粒径、转速、介质压力与颗粒进口体积分数的增大而增大,随膜厚的增大而减小;泄漏量随颗粒进口体积分数、粒径和介质压力的增大向正泄漏方向偏移,随转速、膜厚的增大向负泄漏方向偏移。3、研究了槽深、螺旋角、槽径比和槽宽比等槽型参数对润滑膜固体颗粒沉积分布、沉积率及密封性能的影响规律。研究表明:较小槽深易在坝区出现周向颗粒沉积带,过小或过大的螺旋角、过大的槽宽比、低转速时过小或过大的槽径比均会导致槽区颗粒沉积加剧;槽深约为6μm、螺旋角约为18°时颗粒沉积率最小,低转速时沉积率对槽径比更敏感且随槽径比增大而明显上升,转速增至2000rpm以上、槽径比为0.5左右时沉积率最大,槽宽比增大沉积率增大,高转速、高槽宽比时会出现沉积率的突增;槽深约为6~10μm(高转速取大值)、槽宽比约为0.2~0.5(高转速取小值)、槽径比约为0.8时可获得最大开启力,螺旋角增大开启力减小;摩擦扭矩随槽径比、槽宽比的增大而减小,而受槽深、螺旋角变化的影响很小;转速较高时取较小槽深、较大槽宽比可获得较小负泄漏量,负泄漏量随槽径比增大而增大、随螺旋角增大而减小。4、研究了介质温度对润滑膜固体颗粒运动沉积特性及密封动压润滑的影响规律。研究表明:介质温度升高,最大膜压及高压区均减小,低温区略有缩小,高温区温度明显提升,颗粒更易进入槽堰区润滑膜,同时也更易从内径侧逃逸而使沉积颗粒减少,颗粒沉积率减小,开启力减小、摩擦扭矩下降、泄漏量增大;介质压力升高高温区有所扩大,转速增大低温区增大、坝区温度上升。