制药反应釜是多种原料药的重要生产设备,其轴端密封用于隔离反应釜腔和外界环境,是保证高洁净、高无菌性釜腔环境的关键。小孔节流静压干气密封因在低速下能形成具有较大承载力和刚度的稳定气膜而被认为是高洁净低速制药釜设备轴端密封的优选解决方案。不过现有小孔节流静压干气密封还存在着密封性能数值求解精度和效率不高,气膜承载力、刚度和稳定性不足等问题。本文在提出静压干气密封精确高效数值求解方法和经典静压干气密封节流孔特性研究的基础上,从单节流器结构形状优化和多节流器分布型式匹配两个方面出发,实现静压干气密封的高承载力、高气膜刚度、低泄漏和高稳定性,对于保证高洁净制药反应釜的长周期稳定运行乃至我国的医药安全具有重要的实际意义和战略意义。小孔节流静压干气密封的膜压分布高效精确求解是密封开启力、气膜刚度和泄漏率等稳态性能求解的关键。针对不同结构节流器和功能需求的静压干气密封,提出采用湍流大涡模拟和基于层流假设雷诺方程求解其膜压分布,并通过自主开发的静压干气密封膜压分布测试平台以验证数值模型的正确性。提出采用非等距差分网格以解决节流孔与密封端面的跨尺度求解问题,提出试样环周向转动和测试环径向平动组合的方式以实现干气密封端面任意点的压力分布测试新方法。经典小孔节流静压干气密封节流器与气膜主要几何参数的合理取值及其与稳态密封性能之间的关联规律是节流器结构优化的基础。以经典小孔节流静压干气密封为研究对象,数值分析了进气孔、节流孔、均压槽和气膜中的主要几何参数对静压干气密封节流后压力和稳态性能的影响规律,获得关键影响因素及各几何参数优选参数范围;基于神经网络算法获得了稳态密封性能、节流后压力与节流器关键几何参数之间的关联构效模型。节流孔出口附近及均压槽内流体流动特性及压力分布对静压干气密封气膜承载力和稳定性影响显著。引入几何表征能力很强的超椭圆曲线描述节流孔出口和均压槽截面轮廓,研究节流孔出口和均压槽截面形状对静压干气密封气膜承载力、泄漏率和稳定性的影响规律;在考虑加工可行性的基础上,重点研究了节流孔出口倒角、圆角及均压槽规则截面形状的影响,获得了节流孔出口和均压槽最佳截面形状。受高承载、高气膜稳定性的多孔质节流器结构启发,提出微阵列孔节流和径向多孔出气静压干气密封结构。基于湍流大涡模拟方法对比分析了经典单孔节流、微阵列孔节流和径向多列孔节流等三种不同节流器分布静压干气密封的气膜承载、刚度和泄漏特性,重点研究了径向节流孔出气模式的影响规律及其作用机制,并在此基础上提出一种出气模式可控的静压干气密封新结构。论文的研究成果较系统地提出了高稳低漏小孔节流静压干气密封节流器的设计方法,可为低速制药反应釜用高性能干气密封的工程选型和优化设计提供理论依据。