由于密封端面粗糙度在尺度上与密封间隙大小很接近,对间隙液膜流动特性和密封性能的影响已不可忽视。针对动压型机械密封端面粗糙度影响的研究,存在密封端面表面粗糙度模拟难度较大等问题,特别是对于微造型端面间隙润滑流体流动的模拟研究,其粗糙边界的模拟尚处于探索之中。为此,本文以液体润滑动压型机械密封液膜为研究对象,开展密封端面表面粗糙度对液膜空化特性及密封性能影响机理的研究,以期为高性能密封的深入研究和开发提供理论参考依据。主要研究工作及结论如下:1、以上游泵送机械密封为例,提出了密封端面粗糙度的一种近似表征方法,建立了涉及表面粗糙度和间隙液膜空化的润滑膜内部流场计算模型,并验证了计算模型的有效性。2、研究了表面粗糙度对上游泵送机械密封液膜空化特性及动压效应的影响规律。研究表明:密封端面粗糙微元形成的微尺度台阶效应会产生微观空化和动压效应,使粗糙区形成微小的高、低压交替压力分布;动环端面开槽区粗糙时,粗糙微元使槽内低压区压力得到一定的提升;粗糙微元的动压效应随转速增大、槽区粗糙度增大而增强;槽区粗糙度对液膜空化具有一定的抑制作用。动环非槽区粗糙度使外槽根高压区压力提升并向槽区、堰区和坝区明显拓展;转速越高粗糙微元导致空化区域收缩、减弱越明显,在压力较高区域粗糙微元导致的液膜微空化不明显。静环端面粗糙使液膜高压区向槽区、坝区扩展和压力值增大,且随粗糙度的增大而增大;静环端面粗糙对液膜宏观空化的影响比其它区域粗糙时弱。3、研究转速、介质压力及表面粗糙度对密封性能的影响规律。研究表明:转速较高时液膜开启力随动环开槽区粗糙度的增大而增大且转速越高增大越明显;动环非槽区粗糙时液膜开启力提升比槽区粗糙时大得多,且随转速增大而明显增大;液膜开启力随着静环端面粗糙度的增大而增大,且转速越大,这种增大的趋势越明显。动环开槽区粗糙时,密封泄漏量随粗糙度变化相对较小;动环非槽区粗糙时,密封为正泄漏,但随表面粗糙度的变化微弱;静环端面粗糙时,低转速下的正泄漏量和高转速下的负泄漏量均随粗糙度的增大而减小。粗糙度对摩擦扭矩的影响只有转速较高时较明显。介质压力变化对液膜开启力、泄漏量和摩擦扭矩随粗糙度变化的规律基本不影响。4、研究了动环端面粗糙时槽型参数对密封性能的影响。研究表明:动环端面粗糙度对密封性能随槽型参数的变化规律基本无影响,仅使液膜开启力增大、密封泄漏向正泄漏偏移,相应的最优槽型参数值可能发生变化。5、基于均匀试验设计及Design Expert数据分析软件,分别建立了密封端面光滑及动环端面粗糙两种模型下的密封性能预测回归方程,应用响应面法分析得到两种模型下槽型参数对密封性能的交互影响关系。研究得到,在本文研究的参数范围和动环端面粗糙情况下,当γ为0.40、β为0.50、h_c为9~12μm、α为12°~14°时可以获得更大的液膜开启力,当γ为0.40、β为0.56~0.75、h_c为9~11.5μm、α为12°~16°时可以获得较小的密封泄漏量。