陈 志，蔡 垚，顾灿鸿

(四川大学 化学工程学院，四川 成都 610065)

机械密封为端面密封，其依赖两个固体表面间的接触和相对运转，以防止流体泄漏。常规设计中通常按照接触端面的名义面积来计算其端面比压。然而，机械加工表面在本质上都是粗糙的，动、静环端面的实际接触仅发生在部分微凸体上，导致实际接触面积仅占名义接触面积很小的一部分[1]。干摩擦是机械密封最恶劣的润滑状态，其接触状态直接决定了密封的性能与寿命[2]。张永振[3]指出在干摩擦状态下，摩擦热量与速度、接触压力存在幂函数的关系，外载荷和速度对端面的接触、摩擦磨损行为的影响尤为突出。所以，研究外载荷和速度对机械密封干摩擦时端面接触特性的影响对了解其密封机理和端面磨损具有重要意义。

目前，对相对运动摩擦端面的动态过程的研究仍然缺乏直接观察和检测评估的手段，因此，为了准确描述摩擦端面的接触特性，需要建立合理的接触模型，前人对此进行了大量研究。Majumdar等[4–5]首先基于2维W–M分形函数建立了弹塑性接触分形模型，探究了总载荷与真实接触面积的关系式；Wang等[6–7]在M–B模型的基础上进行改进，得到了M–B分形接触修正模型；孙见君[8]、魏龙[9]、丁雪兴[10]等参照M–B模型建立了机械密封摩擦端面的分形模型，通过2维理论计算对密封端面泄漏、真实接触面积、温度分布进行了研究。基于分形理论建立的接触模型在各个领域都得到了广泛运用[11–16]。可见，利用分形理论可以实现对粗糙面的唯一表征，不受尺度的影响。……