全文总字数：6351字

1. 研究目的与意义

目的是完成质量守恒JFO边界条件下端面微孔机械密封变深度排布的摩擦学性能研究，主要涉及到利用数值求解Reynolds方程的方法探讨当机械密封微孔分别为等深和阶梯变深分布条件下的开启力和摩擦扭矩等摩擦学性能参数的变化情况，在获取规律的同时比较最优参数的选择，并考察当工况条件变化时四种条件下的微孔等深和渐变深度时摩擦学性能的变化规律。

通过课题的研究，揭示端面微孔的变深度排布的影响规律。这对指导端面微孔机械密封的设计与应用，丰富机械密封的摩擦学理论，提高密封系统的可靠性、稳定性和长效性具有重要的理论和应用意义。同时对提高能源利用率，减少资源浪费，促进社会的可持续发展具有深远的战略意义。

2. 国内外研究现状分析

端面微孔机械密封是一种新型机械密封技术，它是在普通机械密封的端面上加工出微米级的小坑孔，具有良好的润滑性能和密封性能，已在石油化工行业用泵上获得了成功应用。。

端面微孔机械密封起源要追溯到上世纪 80 年代末，首先 kanenko 于 1989、1990年分别对密封材料上微孔的静压、动压效应作了研究。接着estion 于 1994年对端面部分具有微孔材料的密封性能和动力学特性进行了研究；1996年对具有规则半球形微孔的机械密封模型进行了研究；1997年对提高激光加孔端面机械密封的寿命进行了实验研究；1999年对激光刻槽机械密封机理进行了理论分析和试验研究；2002年对端面部分微孔机械密封静压效应进行了研究。与此同时其他研究者也对其产生了浓厚的兴趣并做了大量的研究，如 2001年 wang 等研究了激光加工微孔碳化硅摩擦副在水润滑情况下，从流体动压润滑过渡到混合润滑状态的临界载荷；2001年 kligerman 发现把微孔机械密封应用到气体密封领域也是非常可取的。目前，国内只有于新奇在2004年对端面开全孔的微孔端面机械密封性能进行了较为详细的研究。

端面微孔机械密封理论研究目的是查明端面微孔机械密封的机理，获得操作参数和结构设计参数对密封性能的影响规律，为其工业应用提供理论支持；重点是确定端面间压力分布，进而来获得其它密封性能参数。最早的理论研究源于 1989、1990 年kanenko 关于多孔材料环形平面密封的研究，结果表明密封材料上的微孔对动力学系数有很明显的影响，与实体端面密封相比，在相当的主阻尼的情况下，其主刚度项较大、交叉耦合刚度较小。并且这种趋势随着多孔材料的厚度的增加越发明显。1994年 estion 对具有微孔材料的机械密封做了研究，他结合前人的经验采用解析法获得了密封端面间的压力分布、泄漏率和动压系数。研究结果表明该密即使在端面互相平行的情况下液膜也具有正的轴向刚度，而对于无孔实体端面密封就没有这种刚度，但前者的泄漏率比后者的要高。与锥面机械密封相比，发现该密封具有更高的临界速度、更好的轴向追随性、更低的横向摆动刚度（降低了 58%）、更小的阻尼系数。1996年 estion 建立了具有规则分布半球形微孔机械密封的物理模型，通过求解雷诺方程获得了端面间压力分布规律，然后在一定初始条件下预测了密封性能指标(包括开启力、摩擦力矩、泄漏量)。研究表明选择合适的微孔尺寸对密封性能相当重要。最佳微孔尺寸取决于液体的粘度、压力以及微孔面积密度，一般来说，在粘度较低、压力较高微孔面积密度较小时最优的微孔尺寸减小；并且指出微孔密度最好不超过 20%，当超过这个值时，密封性能提高就不明显了。1999年 estion

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

课题针对端面微孔机械密封，基于有限差分法数值求解reynolds方程的方法，开展如下的研究：

（1）考察在给定工况下，微孔深度呈梯度排布时，承载力、摩擦力和泄漏量随深度的变化规律。

（2）分别改变润滑油动力粘度、摩擦副初始间隙、内压边界值、速度等工况时，微孔深度排布的不同影响。

4. 研究创新点

利用有限差分法编程求解基于质量守恒边界条件的Reynolds方程，进而根据仿真结果分析微孔变深度排布的可行性和合理性。

要求设计方案正确，操作性强，技术经济性高。