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干气密封作为一种新型非接触式气体密封,因为具有泄漏量少、适用性好、寿命长、功耗低、故障率低等优势,被广泛推广和使用于各种工农业旋转设备中。随着干气密封的发展日趋成熟,也存在着在非稳定运行过程中会产生摩擦磨损,受外界条件影响导致气膜不稳定以及在现有的干气密封常规模型下,仅仅通过改变槽型结构参数来提高干气密封性能的效果越来越微弱的问题。通过研究表明,在相对滑动的摩擦副表界面的微型结构可以起到减少摩擦磨损、提高润滑性以及改善密封性能的作用。课题采用在密封环端面开设微型结构的思想,在静环表面开设微孔,同时在动环表面开设螺旋槽。根据干气密封动、静环的运动规律,抽取端面密封环间隙的气膜作为研究对象,运用SolidWorks软件建立具备跨尺度微型结构的微造型复合润滑气膜和单螺旋槽润滑气膜计算域模型,利用独有block映射技术的ICEM软件进行润滑气膜结构化网格划分,并采用CFD流场仿真软件Fluent对流场进行仿真模拟计算。通过对微造型复合润滑气膜和单螺旋槽润滑气膜进行仿真模拟所得出的润滑气膜压力、速度和壁面剪切力云图对比分析可知:微造型复合密封端面能够对提高干气密封性能产生积极作用。采用以干气密封的工况条件介质压力和转速为出发点,同时改变微孔的覆盖比与微孔的结构参数密度、深度和直径,从气膜开启力、泄漏量、润滑气膜摩擦系数及壁面剪切力四个影响干气密封性能的参数展开讨论,研究结果表明:在微孔覆盖比相同时,随着介质压力和转速的增大,影响干气密封性能的四种参数也随之增大;在介质压力和转速相同时,微孔的覆盖比对干气密封性能影响较大,增幅为5%~8%,并且当微孔的覆盖比为50%时干气密封的性能可达到最佳水平。在保持最佳微孔覆盖比为50%不变的情况下,改变该计算域模型微孔的结构参数密度、深度和直径,通过研究影响干气密封性能的四种参数的变化规律发现,与微孔的深度相比微孔的密度和直径对干气密封的性能提升较大,增幅为7%~8%,并且当微孔密度为12.5%,深度为10μm,直径为400μm时干气密封性能可达到最佳水平。在保持最佳微孔覆盖比为50%,微孔密度为12.5%,深度为10μm,直径为400μm不变的情况下,改变气膜厚度、螺旋槽结构参数槽深、槽数和螺旋角,通过对仿真模拟计算所得的数据进行气膜刚度方程式的拟合,通过对比气膜刚度的变化规律发现:螺旋槽结构参数对气膜刚度的提升幅度为1.2%~2%,并且当螺旋槽槽深为16μm,槽数为12,螺旋角为60°时干气密封性能够达到最佳水平。