机械密封关键零部件中摩擦副界面的泄露是整个密封装置中最主要的泄露部位。机械密封系统是一个多场域、多系统、多零部件组成的复杂部件,其中摩擦副作为最主要的零部件之一,复杂工况条件导致摩擦副的密封状况打破平衡状态,因此摩擦副的正常运行是整个密封系统的关键。根据多体多场的摩擦副稳定运行的基本原理,从宏观角度对摩擦副界面的动力学特性进行研究,掌握机械密封摩擦副在正常运转过程中的热传递和变形情况;针对分形理论与粗糙表面具有一定的相似性,在摩擦副的描述中引入分形理论,建立以W-M分形函数作为评价摩擦副端面形貌的一种手段,为机械密封界面的分析提供模型依据。本文首先以接触式机械密封摩擦副作为研究对象,建立了摩擦副密封环的整体传热模型,通过热-结构耦合计算将摩擦热作为唯一热源加载至摩擦副界面,改变工况参数得到摩擦副端面的温度场分布、端面变形情况以及不同端面对摩擦副端面传热性能的影响。研究结果表明:密封环最高温度和最大热流密封都集中在摩擦副端面靠近内径处;导热系数良好的摩擦副材料更有利于摩擦副界面的温度传导;随着密封介质和弹簧比压的增大,摩擦副变形逐渐增加,随着转速的增大,摩擦副的变形减小。表面粗糙度作为描述摩擦副表面平整度的重要参数之一,根据表面粗糙度与W-M分形函数之间的关系,改变分行维数、特征尺度系数作为影响因素,证明了利用W-M分形函数评价摩擦副界面的可行性。建立了基于W-M分形函数的摩擦副模型,对不同分形维数的摩擦副材料进行摩擦副的动压效应研究。研究结果表明:随着分形维数的增加,在进出口压力不变的情况下摩擦副界面间的压力也在增加。比较摩擦副界面的凹凸位置,凸起位置承担更大的压力,下凹位置储存一定量的流体,降低了压力。摩擦副端面材料选型时,选取表面较为平整的材料,有利于油膜的形成和密封平衡的稳定性。