随着航空航天科技的发展,具有高比冲、无污染、热量大、密度小的深冷氢氧液体燃料在航空航天发动机上得到深入研究和广泛应用。以高速、低温为主要工作环境的液体燃料发动机涡轮泵密封性能直接决定了涡轮泵能否正常运转。深冷燃料介质极容易发生汽化相变,产生振动,导致密封失效,使得涡轮泵密封装置的应用条件更为苛刻。本文将针对高转速、低温工况下,深冷密封介质动压密封端面流体膜汽化相变特性和密封性能进行研究和讨论。基于ANSYS中多相流模型中蒸发冷凝模型,建立了高速深冷介质双螺旋动压密封数值分析模型。讨论高转速、低温等极端工况参数条件下双螺旋密封端面流体膜汽化相变特性与密封性能的变化规律。结果发现,密封端间隙流体膜压力随着操作压力、运转速度增大而升高,密封流体介质温度对于端面最高压力的影响程度较小。流体膜的汽化相变程度随着转速和入口介质温度的升高而增大,随着操作压力的增大而减小。开启力、摩擦功耗和流体膜刚度随着转速和压力的增加而增大,泄漏量随着运转速度的增加而减小,随操作压力的增加而增加。研究高运转速度状态下双螺旋动压密封端面螺旋角、槽深、槽数和内外槽径比等密封端面结构参数对密封端面流体膜相变特性和密封性能的影响规律。研究发现,密封端面结构参数对相变特性和密封性能均有着显著的影响。分析双螺旋槽槽底粗糙度对相变特性和密封性能的影响。随着粗糙度的增加,密封性能参数的相对偏差的绝对值随之增大。基于正交试验方法,提出有针对性的双螺旋密封端面多目标性能优化方案。当分别考虑实现低相变程度的同时实现低摩擦功耗、考虑实现较高开启力同时实现低泄漏量、考虑实现低泄漏量同时实现较大流体膜刚度三种特殊要求和考虑密封综合性能最优时,对双螺旋密封端面结构参数进行优化组合分析,得到适用于高转速、低温工况下,双螺旋动压密封端面结构参数的最优组合。设计双螺旋动压密封并搭建流体膜汽化相变动压密封试验台,开展不同转速、压力、介质温度和种类的运转实验。实验结果表明,密封设计合理并且运转正常,实验结果和理论分析结果一致;实验介质为75℃水时测取的泄漏体积流量在25℃水和空气实验之间,表明密封介质发生了汽化相变。通过对高速深冷介质动压密封流体膜汽化相变特性和密封性能的研究,得到了工况参数和密封端面结构参数对流体膜汽化相变特性和密封性能的影响规律,提出了几种针对特殊工况下的有效优化方案,为此类高速深冷介质动压密封的设计和应用提供了一定的理论和技术参考。