在重载条件下机械密封端面容易出现局部高温和高应力，严重影响密封装置整体性能。由于传统理论计算密封性能参数的精度有限，因此迫切需要一套科学系统的机械密封性能计算模型。本文基于ANSYS软件平台，综合国内外在机械密封性能理论研究的新成果，从结构静态、热-结构耦合稳态和瞬态三个角度建立了计算机械密封性能的有限元新模型，并进行了密封性能优化研究。 在结构静态分析中，本文以变形分析为切入点，分析了隔离体和整体粘接法的不足，基于接触理论提出了整体接触法，保证了端面受力与变形的协调，实现了端面接触力的自动求解和静密封环(浮动环)平衡。结构分析结果表明，密封端面在力和力矩作用下产生锥形变形，形成接触闭合区和锥形开口区，且在接触区有应力集中。 在热-结构耦合稳态分析中，对热和结构场进行了直接耦合；摩擦热载荷依据接触压力计算，采用APDL函数式添加，通过耦合温度自由度和定义大接触导热率两种基本等效方法分配，并根据循环迭代法提高加载精度。稳态分析结果表明，对软硬材料配对副，摩擦热导致密封端面锥形变形增大，接触区域缩小，且接触区域内出现局部高温、高接触压力和高应力，其中由于动环材料弹性模量大，其端面应力很高，尤以周向压应力突出。 在热-结构耦合瞬态分析中，采用定义小时间步方案避免出现由于摩擦热载荷重复计算导致的初始时刻过大问题，并依据前一时刻接触压力计算后一时刻热载荷的思路和表数组方式实现了动态摩擦热的添加。理想瞬态分析实例表明，加载过程中密封端面产生热机效应，稳定减载过程中端面参数平稳下降。结合磨损和摩擦状态等工程实际，减载密封性能主要取决于端面液膜稳定性，快速减载引起的端面锥度变化容易导致液膜失稳和密封性能恶化。 在密封性能优化方面，从接触均匀性和内接触类型两角度，借助ANSYS的优化模块进行了静环端面轴向伸出长度的优化运算，优化结果可在保证内接触条件下提高接触均匀性；针对密封端面局部溫升问题，分析了适当冲洗和冲洗极限对密封端面性能影响，结果表明适当冲洗可显著提高密封性能，冲洗极限还可大幅提高密封性能，但目前远不能达到。