机械密封是旋转密封中性能优良的密封，也是结构比较复杂的一种密封形式。从国内外密封技术的发展来看，随着石化、能源、航空航天等领域的迅猛发展，对极端工况(高温、高压、高速等)下的机械密封性能、使用寿命和可靠性提出了更高的要求。由于非接触式机械密封中的流体静压密封和流体动压密封能实现可控的泄漏，且不磨损或很小的磨损，从而得到了广泛的使用。

液体静压型机械密封是将压力足以平衡端面压紧载荷的封液或被密封的自身介质引入密封端面间，使之形成对密封端面具有充分润滑和冷却作用的静压流体膜。流体动压式机械密封工作原理是当密封轴旋转时，润滑液体在密封端面产生流体楔动压作用挤入端面之间，建立一层端面流体膜，对密封端面提供充分润滑和冷却。极端工况条件下的静压密封和动压密封的密封副和油膜呈现的特性有所不同，以高参数工况机械密封为研究对象，对密封副和油膜进行了数值建模，并对开圆弧槽动压密封与普通静压密封的流固藕合分析结果进行对比，从而得到了液膜流场的动力学特性以及流场特性对摩擦副应力应变的影响。

1，CFD基本理论

流固耦合分析就是将流体计算结果和固体结构计算结果通过交界面相互传递，运算过程包含有流体控制方程、固体控制方程和流固藕合方程。

1.1流体控制方程

流体流动要遵循物理守恒定律，基本的守恒定律包括质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。

2 流固耦合数值计算

动压密封以开圆弧槽的动环为研究模型，槽深为2mm，属于深槽。静压密封动环尺寸与动压密封动环去掉圆弧槽相同，静压密封和动压密封所采用的静环尺寸相同。应用流固耦合分析方法对摩擦副和液膜进行藕合分析，分析摩擦副之间油膜的动力特性和密封环的应力应变，最终得到端面液膜压力分布、液膜开启力和密封环的应力应变情况。

3 结果与分析

首先对液膜进行流体分析，提取与密封环相交界面的压力场和温度场，并以此为密封环固体结构分析的变界条件，计算固体结构部分的应力应变。封腔压力采用3~5 MPa，以分析封腔压力对密封开启力的影响。转速采用3,000~5,000 r/min，以分析主轴转速对密封开启力的影响。
由数据看出:静压密封液膜压力沿径向由里向外逐次增大，与密封腔相连的液膜外径由于受封腔压力的影响压力最大，与空气接触的内径处液膜压力最小。动环外径处的应变最大，内径处的应变最小。

4 结论

液膜压力沿径向由内径到外径逐次增大，其中外径与密封腔介质相接触，压力最大。油膜内径处与空气接触，压力最小。在相同条件下，动压密封液膜压力高于静压密封的液膜压力，静压密封的动环外径处的应变最大，动压密封动环圆弧槽处的应变最大。
无论是动压密封还是静压密封，密封开启力都随密封腔压力的增大而增大，在相同条件下，动压密封的开启力大于静压密封的开启力。
静压密封和动压密封的开启力都随轴转速的增大而增大，都随液膜黏度的增大而增大，其中液膜黏度对密封开启力的影响比轴转速对密封开启力的影响要明显。