多孔端面机械密封和上游泵送机械密封是典型的非接触式机械密封，目前有关这个方面的研究表明，多孔端面机械密封能产生明显的动压效应，但导致泄漏量增大，上游泵送机械密封能减小或者消除泄漏但动压不足。据此，槽腔耦合机械密封有望实现零泄漏和非接触。本文对槽腔耦合机械密封的内流场、热变形等进行理论和试验研究，为高性能机械密封的研究开发提供一定的基础。　　 本文依据摩擦学和黏性流体力学理论推导出槽腔耦合机械密封内部流动模型，应用Pro/E和Gambit对端面微间隙进行几何造型和网格划分，采用Fluent对内流场进行数值模拟，研究了液膜空化和介质黏度随温度变化等对密封性能的影响，对比分析了九种槽腔耦合方式的内流场特性和密封性能，并利用Fluent动网格技术对液膜厚度进行预测。研究表明:空化效应是槽腔耦合机械密封开启力和液膜刚度增大的一个很重要的原因;密封端面产生的摩擦热会使密封介质黏度降低从而减弱动压效应;不是任意的槽腔耦合方式都能提高密封性能，在本文研究的九种耦合方式中，综合考虑摩擦扭矩、液膜开启力和液膜刚度认为微凹腔开在动环坝区是最佳的槽腔耦合方式。　　 通过ANSYS软件建立槽腔耦合机械密封的动环、静环三维有限元模型，将上述Fluent动网格模拟得到的摩擦热作为动环、静环热和热力耦合计算的边界条件，对动环、静环温度分布及变形进行有限元分析。结果表明密封环的最高温度和最大变形出现在两环内径处，材料的特性与密封环的温升和变形密切相关，同等条件下，选用导热系数大、热膨胀系数小、弹性模量大的材料能减小密封环温升和变形。　　 对三种不同端面造型机械密封在不同的工况下进行试验研究，结果发现:在高转速下，端面造型机械密封的摩擦扭矩远小于普通机械密封;槽腔耦合机械密封比螺旋槽机械密封在开启性能和稳定性能方面更有优势;试验所测定的摩擦扭矩与模拟计算的摩擦扭矩具有相同的变化趋势。