在石油和石化行业中,干式气体端面密封(DGS)在高速旋转机械(如离心压缩机)上应用日趋广泛,并正逐渐扩展到泵及反应釜等中低速回转设备上。但是由于DGS在启动时不易开启,低速低压下难以建立稳定的气膜,同时也缺少完善的中低速设计理论和方法,因此制约了DGS的推广应用。所以,研究并完善中低速条件下DGS的设计理论,改善DGS在低速低压条件下和启动时的工作性能,具有重要意义。首先,针对光滑面螺旋槽干式气体端面密封(S-DGS)建立了端面气膜压力控制方程组,采用有限单元法进行求解,计算了密封性能参数,并与相关文献进行了比较,验证了有限元程序的可靠性。在此基础上,研究比较了收敛型槽深S-DGS与普通等槽深S-DGS的密封性能,结果表明,在低速低压条件下,收敛型槽深S-DGS的密封性能没有明显优势。其次,建立了带内环槽S-DGS端面气膜压力控制方程,并采用有限单元法求解,研究了低速低压条件下密封性能随端面微槽几何参数变化的规律,以获得较大气膜刚度或开启力以及较小泄漏量为几何结构优化原则,对微槽几何参数进行了优化。最后,基于流体润滑理论,考虑端面气膜滑移流,建立并采用有限单元法求解了带内环槽S-DGS的端面膜压控制方程,系统研究了低速低压条件下滑移流对该种密封性能的影响。结果表明,当0.05≤Kn<1时,滑移流对密封性能产生明显影响。在此基础上,以获得较大气膜刚度和较小泄漏量为端面几何参数优化准则,对考虑滑移流条件下带内环槽S-DGS密封端面几何结构参数进行了优化。研究结果为改善S-DGS的开启特性,提高S-DGS的低速低压工作能力,以及带内环槽S-DGS的实际设计与应用提供了较全面的理论依据。