液体燃料推进剂和氧化剂具有储量大、密度小、能量高、燃烧产物清洁等优点,作为火箭发动机燃料为火箭发射提供动力。但液体燃料性质不稳定,在低温下极易发生汽化相变,容易造成火箭发动机轴端密封运行不稳定甚至失效,进而导致工程事故。因此,本文将针对低温液体燃料中非接触式动压密封端面间液膜汽化相变微流动机理及密封性能展开系统的分析和讨论。求解密封端面粘性剪切热数值和密封表面对流换热系数,分析动压密封液膜汽化微流场温度分布,结果显示静环温度分布均匀,但动环上存在较大温差。考虑热和力的共同作用,分析动压密封液膜汽化相变微流场力和热耦合变形场,得到密封动、静环端面的端面变形,发现密封端面变形对微流场有着显著的影响。分析端面变形场可知,由温度引起的端面变形占主导因素,而微流动产生的流体动压对端面变形的影响很小。充分考虑端面变形和微流场之间的相互作用关系,进行流-固-热耦合迭代计算最终得到微流场分布。分析不同操作工况下的动压密封性能,结果显示微流场压力随密封操作压力、运转速度、低温流体介质粘度的升高增大,随出口温度的升高减小。微流场端面间液膜汽化相变程度随密封操作压力、运转速度升高减弱,随出口温度上升增强。密封性能的关键参数,即泄漏量、开启力、流体膜刚度和摩擦功耗均随操作压力和运转速度的升高呈线性增长。探究动环端面微流槽结构参数,槽旋角、螺旋槽数、螺旋槽深、槽堰比和槽坝比对动压密封性能的影响规律,结果显示当螺旋角16°,槽数12个,槽深6μm,槽堰比0.5～0.6,槽坝比0.6～0.7时,密封性能最佳。采有正交优化方法进行多结构参数综合性能分析,当端面间液膜汽化程度较低时,采用螺旋角14°、槽数12、槽深3μm、槽堰比0.7、槽坝比0.4时密封性能较好。当端面间液膜汽化程度较高时,采用螺旋角14°、槽数8、槽深6μm、槽堰比0.7、槽坝比0.5时密封性能较好。研制液膜汽化相变动压密封试验装置和试验密封,进行不同介质、压力和转速条件下的运转试验,并对比分析了试验和数值分析结果。密封成功开启并运转,验证了密封结构设计的正确性,试验测量值和数值模拟计值变化趋势一致,验证了数值模型的正确性。通过对本课题的研究,得到动压密封端面间液膜汽化相变微流动的特点和机理,得到了操作参数和结构参数对密封性能的影响规律,为此类密封的设计、优化和操作提供了一定的理论基础和技术支撑。