近年来,药品质量与安全生产已经深入人心。制药反应釜是制药工业中的关键设备,具有转速低、介质压力波动大、搅拌轴偏摆严重等特点,其轴端密封既是保证釜内介质洁净度,防止药品污染的关键技术,也是釜设备的难点与热点问题。鉴于上述要求,液体润滑机械密封已难以适应,而普通干气密封尽管已得到成功应用,但是一直存在端面易碰磨,密封易失效的问题,安全稳定生产无法得到保证。静压干气密封(Hydrostatic Dry Gas Seal,HS-DGS)以其不受转速限制、泄漏率小等特点受到广泛关注而应用于低速釜等设备,但是严重缺少有关设计理论与方法。本文以HS-DGS中的均压槽关键结构为研究对象,开展不同均压槽结构对HS-DGS性能的影响规律、结构选型与优化以及槽内气体压力波动特性研究,不仅可以完善HS-DGS的设计方法,而且对我国制药业的安全健康发展具有重要意义。首先,以圆形、椭圆形、扇形、环形四种典型均压槽HS-DGS为分析对象,基于有限差分法,建立HS-DGS的计算模型,采用双重迭代和松弛迭代法求解HS-DGS端面气膜压力Reynolds控制方程,获得了端面膜压分布,并与文献数值进行对比验证了计算程序的正确性。在此基础上,通过分析四种均压槽HS-DGS的端面膜压和流场特性,揭示了均压槽对HS-DGS性能的影响机理以及密封性能参数随槽型衍变的变化规律;以获得较大气膜刚度为优选目标,获得了HS-DGS均压槽的优选槽型和结构优选值范围。其次,自主设计并搭建了开启力、气膜厚度、泄漏率等参数可测的HS-DGS实验装置。测试获取了均压槽结构、工况参数等对密封开启力和泄漏率的影响规律,验证了理论计算结果。结果表明:开设均压槽可显著改善HS-DGS的综合性能;密封性能参数的实验值和理论计算结果随工况条件变化呈现出相似的变化规律,开启力的理论预测值和实验值吻合较好。最后,基于大涡模拟理论,研究了均压槽内气体漩涡对其流动和压力波动特性的影响,揭示了HS-DGS产生微幅振动和气锤自激振动的诱因。在此基础上,提出了一种带有扰流台结构的新型HS-DGS,与传统HS-DGS均压槽内的气体流动和压力波动特性进行对比分析,结果表明该新型均压槽结构可有效抑制气旋现象,明显改善了气体流动特性和气膜稳定性,并优选了扰流台结构关键尺寸参数的取值范围。