刷式密封在航空发动机、燃气轮机等领域应用广泛,它是一种可以有效代替迷宫密封的接触式动密封装置。采用实验方法对刷式密封进行研究,制造费用昂贵且使用周期短,相比之下,采用数值分析的方法研究刷式密封的流场特性及力学迟滞特性对提高密封性能有十分重要意义。以叉排管束模型的刷丝束二维截面建立计算模型,利用Fluent软件分别在稳态和瞬态下对流场进行了数值模拟,仿真结果数据与Bayley&Long实验数据对比并验证了模型的准确性。分析了不同进出口压差和管距对压力和流速分布的影响,得出轴向末排刷丝间隙处的流速以及瞬态下流速变化的振幅都远远高于前排,导致末排刷丝磨损严重。分析了压差和刷丝排数对泄漏的影响。研究了不同管距、进出口压差、刷丝排数对稳态下绕流阻力的影响,以及绕流阻力和刷丝变形的关系。通过在瞬态下绕流阻力变化的振幅规律,发现了末排刷丝受到流体尾迹的影响较大,对刷丝根部焊接处易造成疲劳破坏。建立了刷式密封转子可转动的非线性接触模型。研究分析了考虑转子转动的单排五根刷丝的迟滞特性。首先应用悬臂梁理论建立了在转子转动时刷丝的力学理论模型,用功能关系分析了迟滞的原因,并得出迟滞能概念。在此基础上,利用Abaqus软件对模型进行有限元数值模拟。同时验证了模型的有效性。分别分析了转子转动与静止状态下的迟滞特性,以及不同的流体压力和刷丝与转子间不同的摩擦系数对迟滞曲线的影响。分析结果表明,转子的转动会改善刷式密封的迟滞特性;在转子转动时,刷丝与转子间摩擦系数的改变对迟滞特性影响不大,而在转子静止时,迟滞能随摩擦系数增大线性增大;流体压差越大,刷式密封迟滞能越大。基于对刷式密封流场和力学迟滞特性的研究结论,以提高轴向承压性能和降低刷丝与转子间摩擦磨损为目的,提出并设计了两种新型刷式密封结构,分别是:低磨损高承压刷式密封结构和低磨损的迷宫-刷式复合密封装置。