随着两机重大专项的全面推动,突破“两机”关键技术成为目前高端装备制造业发展的重点。石墨圆周密封作为航空发动机的重要组成部分,其密封性能对提高航空发动机性能起着至关重要的作用。本文针对某型航空发动机主轴承腔石墨圆周密封,开展热流固多物理场耦合的基础理论研究,分别对理想工况和存在角向偏摆和径向跳动工况下的石墨圆周密封,进行基于热流固耦合的密封性能分析。通过设计实验方案对密封环进行结构参数的多目标优化设计。论文的主要研究内容包括:（1）建立了圆周密封封严气体流场基本控制方程,给出理想工况下圆周密封接触载荷、摩擦生热量、密封环随动特性、密封条件以及泄漏量的分析与计算。同时,对存在角向偏摆工况的圆周密封,建立了气体载荷、总接触载荷的计算,并给出了径向跳动工况下产生的冲击载荷计算公式。（2）建立了圆周密封热流固耦合分析模型,开展了流场分析、热分析、结构分析及不同物理场的耦合分析,得到了封严气体的压力分布和流速分布规律,密封环温度场分布规律和结构场应力和变形分布规律,及耦合物理场的特征量分布规律。结果表明:封严气体的压力沿-Z轴方向降低,在搭接头位置有较大波动,是产生不平衡载荷的主要原因,封严气体从导气槽进入,冲击到主密封凸台后,在卸荷槽内向两侧进行涡旋流动。密封环最高温度位于每段密封环的主密封面凸搭接头位置。并对比不同耦合分析下密封环的变形和等效应力分布规律,结果表明,热流固耦合下,密封环的变形和等效应力分布规律与热结构耦合分析基本一致,最大变形量有所降低,但最大应力出现较显著增大。（3）研究了密封跑道转速、密封压差及温差对圆周密封性能的影响特性。结果表明:最大等效应力和变形量均随着密封跑道转速、密封压差及温差的增大而增大,温差的变化对变形量起主要作用,而密封压差的变化对最大等效应力的影响更显著。圆周密封泄漏量随密封跑道转速增大而减小,随着密封压差的增大而增大,密封压差对泄漏量具有决定性的作用。（4）研究了考虑角向偏摆和径向跳动热流固耦合条件下的圆周密封性能。结果表明:角向偏摆对封严气体流场的压力分布具有明显的影响,从入口 1到密封间隙处,不同位置的周向截面搭接头处压力降发生了一定角度的偏移,且在密封间隙入口处的周向压力分布呈现出有相位角的正弦曲线形状;相反,径向跳动对封严气体流场的影响很小。对密封环温升,角向偏摆影响很小,但径向跳动影响却很明显,使密封环最高温度从每段密封环的凸搭接头处转移至径向跳动方向上密封环凸搭接头处,且密封环温度较封严气体腔环境温度的温升比理想工况提高了 30.5%;密封环的变形量和等效应力均随着偏摆角和径跳量的增大而不断增大,且径向跳动的影响更为显著,当径跳量达到0.9mm,密封环等效应力达到了抗折强度,失去密封效果。（5）确定了密封环结构参数中可优化的设计变量,在对优化实验方案进行设计和分析的基础上,采用二次多项式拟合优化目标响应面,通过多目标遗传算法对样本点进行优化,得到其非支配解。通过仿真验证优化方案并与原方案对比分析,优化后的密封环温升降低了 1 2%,密封环变形量下降了 2%,泄漏量减少了 5%。（6）利用MFC开发了圆周密封热流固耦合设计分析系统,实现了调用UG、FLUENT和Mechanical中的二次开发项,实现只需用户在系统界面输入结构设计和分析工况参数,即可自动执行对圆周密封设计与热流固耦合分析工作,极大提高了圆周密封设计分析工作效率。本文的研究成果为航空发动机圆周密封性能的提升和优化设计提供了很好的研究基础。