非接触运行干气密封因其优异的低泄漏和低功耗特性而成为高速离心压缩机和超临界CO₂（简写为S-CO₂）动力设备轴端密封的首选,同时也是超高速航空发动机气体密封的有力竞争者。然而,高速工况或低粘度、高密度超临界流体所引起的气体惯性效应和湍流效应突显,使得采用忽略惯性且基于层流假设的经典雷诺方程计算所得气膜压力具有较大误差,稳动态密封特性预测精度有待提高。随着动力设备进一步向超高速或超临界方向发展,考虑惯性和湍流效应以获得预测精度更高的干气密封数值分析模型,开展密封端面型槽结构优化设计,对超高速和S-CO₂动力设备用干气密封的性能预测和工程设计具有重要的理论和工程价值。以超高速理想气体干气密封为研究对象,建立了考虑惯性效应的干气密封稳动态特性分析及预测模型。数值分析了超高速条件下惯性效应对平行端面和倾斜端面干气密封稳动态特性的影响规律,对比分析了考虑和不考虑惯性效应条件下的密封气膜压力场和速度场,揭示了惯性效应对密封气膜稳定性和泄漏率的影响规律,获得了考虑惯性效应的螺旋槽结构参数优选值。以高压高速S-CO₂干气密封为研究对象,建立了考虑实际气体效应、惯性效应和实际流态的干气密封性能实际修正分析及预测模型。在近临界点和远离临界点两种典型工况下,对比分析了基于实际修正模型和经典简化模型的高速S-CO₂干气密封稳态性能,分析了不同介质压力和速度条件下实际气体效应、惯性效应和湍流效应对气膜刚度和泄漏率的影响规律,揭示了三种效应对稳态密封性能的独立影响及其交互影响机制,获得了三种效应影响下的螺旋槽结构参数优选值。引入一种几何表征能力更强的超椭圆曲线表征型槽型线,基于不同多参数优化算法分别获得了超高速理想气体干气密封和高压S-CO₂干气密封端面超椭圆曲线型槽的几何参数优化值,对比分析了不同优化算法所得到的优化结果,优化结果可为高参数干气密封端面型槽的型线选取和几何参数设计提供参考。