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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近些年来，瓦斯爆炸事故频发，给国家发展带来了巨大的经济损失、

造成了家毁人亡，教训十分深刻。事实上，瓦斯爆炸事故也是引发煤矿事故的主要原因之一。矿井瓦斯是指在开采煤矿过程中产生的各种有害气体的总称，它的主要成份就是甲烷（ch₄），大约占 83%～89%^[1]，此外还包括 so₂、co、h₂s 等气体。甲烷（ch₄）属于易燃、易爆气体，它无颜色，无气味，且性质稳定，所以检测困难。瓦斯爆炸的必要条件之一是甲烷气体在空气中的浓度在 5%-16%范围内^[2,3]，所以如果可以及时、准确地检测出甲烷气体的实时浓度，当甲烷气体浓度在爆炸范围内或处于爆炸上限以上的高浓度区时，立即将煤矿工人撤出矿井，并且对井下进行通风处理，从而稀释甲烷气体浓度，就能够避免发生爆炸事故或者人员的窒息中毒。因此，对甲烷气体浓度的实时监测及预警就显得极其重要。

目前，国内大部分煤矿井下主要采用热催化元件以及光学干涉法来监测甲烷气体的浓度。这种检测方法及设备具有体积小，不容易受温度、湿度的影响，价格便宜等优点，但同时也存在检测范围窄、检测精度低、使用寿命短等致命弊端，经常需要校准，不方便使用。而且，对高浓度环境下的瓦斯监测也会因测量漂移、灵敏度漂移而得到错误结果，检测过程中其他气体成分也会对其产生干扰，造成错误的判断，一些工作人员使用传统检测仪器后造成窒息中毒也是因为如此^[4,5]。就目前来谈，红外光谱吸收法是最为精确的气体浓度检测方法。这种方法选择性强、灵敏度高、不损害待测气体和安全防爆等^[6]。基于红外吸收原理而制作的红外气体传感器十分优越，因而采用红外气体检测器实时监测甲烷气体浓度是预防煤矿瓦斯爆炸的最好方式。

2. 研究的基本内容

(1). 了解并学会ansys软件的使用方法；

(2). 使用ansys软件中的 fluent模块对ch₄气体传感器结构进行仿真设计并对模型进行结构优化；

(3). 根据所建模型，得出温度场与传感器腔长、腔体形状、壁面反射率之间的关系，优化结构参数，从而提升测量精度与灵敏度；

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：

首先利用ansys软件中的 fluent 模块仿真设计ch₄气体传感器结构模型并优化结构，然后给出温度场与传感器腔长、腔体形状、壁面反射率之间的关系；分析所得数据，以优化结构参数，从而提升测量精度与灵敏度。

进度：

4. 参考文献

[1] 苪千龙. 浅析监测监控技术在矿井安全生产中的发展与应用[j].煤矿天地.2009(9)：203-203

[2] 韩敬和，岳成生．论如何预防和减少煤矿瓦斯爆炸事故[j]．煤炭技术，2008，27(8)：160-161

[3] 刘怡君，付克伟，张晓丽等.煤矿瓦斯综合治理技术手册[m].长春：吉林音像出版社,2003