为了解决高速工况下接触式机械密封端面过热的问题，提出了一种动环外侧面设有人字槽的接触式机械密封新结构，基于计算流体动力学(CFD)建立了其流固传热数值模型，考察了密封环与密封腔内流场、温度场、压力场和速度场分布，分析了人字槽区与密封腔流体流动传热特性，揭示了对流换热机理与冷却规律。研究结果表明：人字槽结构引发的压差流显著增加了传热表面附近流体与密封腔流体之间的混合效应，同时提高了人字槽壁面附近流动的湍流强度，该流动减薄了外壁附近的流动和热边界层，增大了局部努塞尔数，强化了换热效果，转速增大时人字槽机械密封的换热性能也随之增强。分析了人字槽角度、槽深、排数以及端面距对换热效果的影响，其中排数与端面距的影响较大。与传统机械密封相比，外侧面人字槽机械密封的端面温升明显下降，在转速为10000 r/min时温升下降38.8 K，温度降幅达22.1%，密封温升显著降低，为高性能接触式机械密封的优化设计与工程应用提供了理论依据。