气液混相回流泵送动压密封(G-LRPS)因润滑效果好、泄漏率小等优点,较适用于航空发动机等高速设备。但其启动过程属于危险运行工况,易发生失效事故。本研究以提升该密封的开启性能为目标,采用数值模拟和试验分析相结合的方法研究其启动过程中的泄漏特性、温度特性以及摩擦磨损特性。首先利用有限元法分别建立流体域分析模型、热分析模型和结构分析模型,分析启动过程的密封端面质量流量、密封环温度场和密封环变形的演变规律。结果表明G-LRPS启动过程中泄漏量的演变规律为增大后减小再负值减小,温度先增大后减小并逐渐平稳。离心力和温度对密封环变形的影响能互相制约,这使得密封环的变形可控。基于流体域模型和热分析模型,进一步分析启动过程中密封泄漏特性及温度特性。详细探讨了密封端面各部分结构和介质相态对密封泄漏量的影响机制,并对数值模拟结果进行试验验证。结果显示G-LRPS启动过程中螺旋槽结构对回流泵送动压效应起决定性因素,泄漏主要发生在螺旋槽部位,且以气体为主,有效实现了气封液的目的。通过启动过程的泄漏和温度试验,剖析密封启动过程的状态及特点,探索泄漏特性和温度特性与G-LRPS端面开启性能之间的潜在关系。研究发现泄漏和温度特性均可分为三个明显的阶段,分别对应的密封端面三个接触状态。基于泄漏特性和温度特性都能有效监测密封端面的运行状态,基于泄漏和温度演变曲线能对密封运行健康进行评估和预判。基于泄漏和温度可以构建密封端面开启过程可测性的表征方法、密封运行健康评估和状态表征准则。利用摩擦磨损试验台及光学测量手段研究G-LRPS启动低速过程密封环的摩擦磨损特性。通过变速变载试验研究不同材料组对密封的摩擦系数和摩擦温升,揭示螺旋槽对密封端面有效减磨的实现机制,并分析启动过程中静环碳基材料摩擦膜的形成机理。结果表明螺旋槽能减少密封端面摩擦面积、产生动压效应、提供二次油源、容纳磨损颗粒,从而有效提升摩擦副润滑特性,降低摩擦系数和摩擦温升。同时表面喷涂陶瓷能有效提高摩擦副表面硬度和抗磨损能力,M120K-喷涂Al2O3和M120K-喷涂Cr2O3材料组对均可以获得0.01的超低摩擦系数。浸渍石墨的抗摩擦性能比未浸渍石墨的抗摩擦性能更佳,磨损面更光滑。随着温度的升高,石墨可以轻松实现其层间的滑动,摩擦膜越来越均匀和稳定地吸附在摩擦界面上。浸渍石墨的碳基摩擦膜在摩擦过程中的摩擦结构呈有序变化,同时能够提高摩擦副的抗氧化性能。本研究通过对G-LRPS启动过程性能的数值及试验研究,可为其结构设计、密封环材料选择及性能提升提供新的研究思路和方法,并可进一步促进气液混相回流泵送动压密封的工程应用及推广。