刷式密封是一种带有柔性的接触式动密封,具有泄漏低、磨损小、寿命长等特点,因其优良的密封性能被广泛运用在航空发动机、燃气轮机及压缩机等叶轮机械中,刷式密封技术成为提高叶轮机械性能的必要途径。随着航空发动机的工作环境越来越苛刻,刷式密封的封严性能也受到了相当大的考验。因此建立符合刷式密封实际构造的数值模型,研究其内部介质流场特性对提高其密封性能有着重要的科研意义和工程价值。针对刷式密封结构和工况特点,建立基本符合刷式密封实际情况并加入一定简化的二维叉排管束模型和三维叉排管束模型,是求解刷式密封内部介质流动状态进而研究密封机理的关键。建立了刷丝束截面的二维叉排管束模型,运用Fluent软件基于SIMPLE算法进行求解。对比验证了仿真结果数据与Bayley&Long实验测量的转子表面压力结果基本吻合,证明了计算模型的准确性。依据网格独立性判断方法,以气体流动速度、压力降和气体质量泄漏率的相对变化率为网格独立性检验的参考量,对该模型进行了网格独立性分析,得到了独立于计算精度的网格数,分析了各排距旋涡分离点的位置、上下游压差、刷丝排距之间的关系,研究了上下游压差、刷丝排距对刷式密封性能的影响。建立了刷丝束截面的三维叉排管束模型,结合Workbench和Fluent软件进行求解。数值模拟得到的数据与Mike等人通过实验测得的转子表面压力基本吻合,证明了计算模型的准确性。对比验证了刷式密封二维叉排管束模型与三维叉排管束模型仿真结果的可靠性,研究了上下游压差、背板轴向间隙对密封性能的影响。基于第三章和第四章的理论分析和仿真结论,本文分别以刷式密封与其他类型密封有机组合、对刷式密封自身结构的改良这两个方面,提出了四种新型刷式密封结构。第一种,迷宫密封-靴衬刷式密封两者组合;第二种,非接触指尖密封-靴衬刷式密封两者组合;第三种,接触间隙可调的组合刷式密封;第四种,等分圆周拼接式刷式密封。