本文致力于设计用于安装Mie散射传感器的新式管段，解决传统结构造成传感器镜头容易积尘而频繁拆装维护的难题。首先阐述了Mie光散射传感器监测安装结构的研究背景及其研究意义，包括各种检测方法安装形式的历史发展、研究现状和传统安装结构中所遇到的问题和困难。介绍了所涉及的Mie散射传感器的理论基础和监测管网的气-固两相流动特性，及其传统监测结构的基本构成和几种局部管段的流动形式，为新式光散射传感器安装结构提供了设计基础。在此基础上确定了研究思路，制定了工作方案。通过对设计理论研究和实际产品缺陷的改进，设计了可以替代传统传感器安装的直径突变管段结构，能够将含尘主流和清洁保护流互相分离，去除了烟尘浓度变化不定的影响，通过数值模拟验证了良好的效果。本文在此基础上进行了传感器管段的选择性实验分析，对几种不同结构下的管段通入烟尘气流，装入镜头模型后观察不同结构下镜头的实际污染情况，并由此得到所设计管段引入气流保护传感器镜头效果最佳的结果。在确定设计结构的适宜性的同时，对突变管段结构内部的流场建立数学模型。通过数学模型来得到控制体内有关压力—流速、烟尘颗粒分布等因素和镜头保护效果之间的数学关系，对这些关系进行深入的数学分析，找到Mie突变管段几何尺寸和保护效果之间的关系。在此基础上利用MATLAB软件对几何尺寸进行优化，得到在约束条件、一定参数下，突变比在1.1-1.5间时，主流管直径为110mm、嵌入深度为10mm时保护气流吹扫效果最佳，管内烟尘含量最少。在得到合理的尺寸关系后，通过CFD数值模拟的方法对尺寸关系和优化分析结果进行数值仿真分析，以仿真的结果来进一步验证数学模型、优化分析的合理性。