上游泵送机械密封作为新型的密封技术，克服了传统机械密封摩擦磨损严重和寿命短的缺点，能有效的提高密封性能，受到各界的关注和研究，但目前对这种密封的研究尚不够深入，对密封间隙液膜开启力的形成机理和三维数值模拟方法少有研究，加强对上述方面的研究具有重要的理论意义和实际价值。　　 本文首先将螺旋槽上游泵送机械密封微间隙简化为三维平行微间隙，以便在排除泵送效应的情况下，通过三维平行微间隙流场的数值模拟，研究带槽端面的动压效应，并为槽深渐变螺旋槽上游泵送机械密封性能的研究提供依据;其次，对螺旋槽上游泵送机械密封微间隙液膜进行参数化建模和参数化网格划分，采用Fluent对跨尺度液膜进行三维数值模拟，得到液膜开启力及静环端面压力分布规律，并与有关测试结果进行对比分析;再次，采用已获得的液膜数值模拟方案对周向槽深渐变和径向槽深渐变螺旋槽上游泵送机械密封微间隙液膜进行数值模拟，对比分析不同渐变台阶数的液膜开启力并得到密封性能最优的渐变台阶数，从而对最优模型进行基于空化模型的数值模拟并与平底槽液膜模型比较分析;最后，对数值模拟和实验研究结果进行对比分析。　　 研究表明，带槽三维平行微间隙中，液膜移动方向渐缩处产生高压，渐扩处产生低压，液膜空化前，平底槽开启力与槽板或平板平移、平移速度、槽深、板间隙大小无关;液膜空化后，开启力增大，台阶槽液膜开启力随平移速度的增大而增大的幅度比平底槽液膜明显，同等条件下，槽板平移比平板平移产生更大开启力，渐扩台阶槽比平底槽、减缩槽产生更大的开启力。对于螺旋槽上游泵送机械密封，在平底槽、周向或径向渐变槽中，周向发散2阶渐变槽能产生更大开启力，其开启力随转速、介质压力的增大而增大;相对于平底槽，周向发散2阶渐变槽的开启力增长率随转速增大而增大，随介质压力的增大而减小，静环端面压力分布更均匀，能在空化面积更小的情况下，产生更大的开启力，表现出更优的密封、润滑性能;试验结果与数值模拟结果吻合较好。