深海潜航器在复杂服役环境下诱发密封接触界面摩擦热以及液膜汽化的问题,会直接影响潜航器的可靠运行。因此,本论文建立双粗糙面接触模型,探寻接触式机械密封真实界面在热力耦合效应下的接触状态,并考虑微观摩擦机理与密封宏观结构的联立关系,开展密封热流相变研究;同时对接触式机械密封进行性能测试及验证,具体工作如下:首先,利用逆向技术重构了接触式机械密封双粗糙面三维实体模型,开展了不同参数载荷和速度下密封粗糙界面的表面接触特性、应力分布和温度分布趋势研究。研究结果表明:粗糙面微凸体接触压力在初始滑动时为55 MPa,滑动阶段最大增幅达48.57%;VonMises等效应力在滑动时处于波动,最大波动幅值达到了26 MPa;其中载荷0.82 MPa,速度2.51 m/s时的粗糙面最大温度为70.65℃。由于双粗糙面微凸体的迁移和积累效应,导致摩擦副界面接触温升有显著变化,且载荷越大,粗糙面温升也越大。其次,基于接触式机械密封界面液膜汽化与摩擦热的竞争机制,从微观拓展为宏观下含粗糙界面液膜模型,联立了粘温效应与流体物性参数,对比光滑模型和粗糙模型的流速、端面压力、温度和相态规律。研究结果表明:粗糙模型受温度变化程度更大,从478 K增加到了 493 K;相态分布均随温度的升高而增大,其中同一温度下,粗糙模型的汽相分布更多,且在493 K之后出口相变程度就达到了 100%,最大相体积分数的增加11.73%。从而推断出:随着压力升高,端面汽相占比逐渐降低,而转速增加促进了汽化的发生。随后,进行了摩擦性能测试和分析,试验结果表明:碳化硅（SSiC）-石墨（M106K）在定工况下的摩擦系数保持在0.123;但是在周期性波动工况下,摩擦系数波动变化,且载荷对摩擦系数的影响大于转速。随后在机械密封相变监测试验中发现密封泄漏收集口端盖区域存在明显的水汽,观察到高温度下的雾化现象更严重,证明摩擦副温升将会导致液膜汽化,进一步对比分析得出:70 ℃时,试验值和理论值高度吻合,且压力增大至1.96 MPa时,试验泄漏率达2.32× 10-3 mL/s,随转速的增大,泄漏率缓慢减小:20℃的试验泄漏率明显高于70℃的。本文主要研究了深海潜航器用接触式机械密封的端面摩擦状态和密封性能,本论文的研究成果为今后深海潜航器用机械密封往高可靠、长寿命、低泄漏方向的发展夯实了理论基础。