随着现代化工业技术的快速发展及国家对“节能”、“安全”、“环保”的倡导,以螺旋槽液膜密封为代表的机械密封在石油化工、冶金造纸、船舶动力和航空航天等领域关键旋转流体输送设备上得到广泛应用。其中,在液膜密封工作过程中产生大量的搅拌热和摩擦热,会劣化摩擦副的润滑状态,降低密封的稳定性和可靠性,同时流体空化现象也会对密封性能产生影响,因此为了更加准确的研究液膜密封润滑性能,在考虑空化效应的基础上分析热粘效应对密封稳动态性能的影响规律。在考虑空化效应的基础上,采用有限元法对雷诺方程和流体能量方程进行推导,建立基于空化效应的液膜密封热流体动力润滑分析模型,搭建液膜密封空化可视化试验台,通过试验验证程序模型的准确性;对比分析了空化效应和热粘效应分别及综合影响下,结构参数和工况参数的改变对液膜密封稳态性能的影响;联立液膜扰动方程与雷诺方程,建立液膜密封热流体动力润滑动态特性分析模型,讨论了在空化与热粘效应的影响下,液膜动态特性随结构参数和工况参数的变化规律;为实现提高液膜开启力并降低空化率的目标,结合神经网络、遗传算法以及Pareto多目标寻优方法对密封结构进行优化,并将优化后的结构进行试验,与理论计算进行对比分析。结果表明:不同粘度数值下,液膜密封稳态性能存在差异,随着粘度的升高,空化率和空化区域变大;在考虑空化效应的基础上,热粘效应会使开启力降低,泄漏量增大,但也会减少摩擦扭曲并降低空化率;在结构参数和工况参数不变的情况下,液膜粘度增大会使液膜动态刚度系数和动态阻尼系数均呈线性增大,液膜的抗干扰能力增强;当考虑空化效应和热粘效应的综合影响后,各项动态特性参数的数值相比于只考虑空化效应的情况均会出现一定程度的降低,但变化趋势仍然保持一致性,流体的热粘效应会明显降低液膜的各项动态特性数值,从而致使液膜抵抗外界干扰的能力降低;在本文研究条件下,以增大开启力减小空化率为目标的进行优化,所得最优结构参数为:槽深20μm,槽数28个,螺旋角20°,槽台宽比0.7,槽长坝长比0.6。