随着精细化工、冶金行业、污水处理等现代工业的发展,螺旋槽上游泵送机械密封的运行环境越来越多趋于含固工况,由固体颗粒造成泵送槽堵塞及密封端面磨粒磨损而导致的密封失效案例屡见不鲜。为探究利用密封端面几何型槽防止颗粒沉积的可行性和技术,本文展开了螺旋槽上游泵送液膜密封内流场特性及自清洗性研究。首先,基于FLUENT软件,以流体动压润滑理论为基础,以螺旋槽密封微间隙液膜内流场特性为研究对象,建立了液膜中流体的运动数值分析几何模型,确定了分析对象的边界条件,网格划分方法,并验证了计算方法的准确性。其次,针对尖角、圆角螺旋槽几何型槽结构,开展了螺旋槽上游泵送流场冲刷特性及改进设计研究。结果表明:圆角结构能产生较强涡流,槽根附近处平均涡量值随着圆角半径的增大呈先增加后减小的趋势,在半径r=0.3 mm时达到最大值;相同转速、圆角半径r=0.3 mm时,槽根附近平均涡量值随槽深的增加先增大后减小,槽深h_d=6μm时涡量值达到最大,随螺旋角和槽径比变化不明显。然后,开展了含固体颗粒工况密封试验台设计。根据密封环材料特性,选择试验工况下合适的动环、静环材料,以及辅助密封材料和弹性元件。同时做好实验步骤以及实验所需测的数据,保证实验的顺利进行以及实验结果的数据差异性分析。最后,开展螺旋槽上游泵送液膜密封颗粒自清洗实验研究,通过密封环表面粗糙度以及质量磨损率等参数的变化,对比分析了端面型槽的排除颗粒性能。结果表明:槽根尖角结构颗粒堆积严重,少部分颗粒进入间隙液膜对密封环造成磨粒磨损,粗糙度变化较小,但石墨环磨损率较大,为0.1002 mg/h;槽根圆角结构具有较强排除颗粒能力,导致颗粒大多分布在密封环之间,因此密封环表面粗糙度变化较大,而石墨环磨损率较小,只有0.0402 mg/h。通过数值模拟和实验研究,获得了槽根尖角和圆角结构下局部流场的变化以及端面泵送槽颗粒沉积情况和端面磨损情况,实验验证了实现上游泵送螺旋槽液膜密封颗粒自清洁性设计的可行性,对提高密封在介质含颗粒工况下的稳定性和可靠性具有一定实际工程意义。