基于物质分子式、相对分子质量和内部结构的测定,质谱技术已经被非常普遍的应用在物理、环境、生物等多个不同的领域。由于质谱仪具有自动化程度高、测量范围广、仪器稳定、分析速度快、可靠性和灵敏度高以及分离和鉴定同时进行等优点,而不断地拓展质谱技术的应用范围。质谱仪包括取样系统、离子源、质量分析器和计算机输出系统几个核心部件,在质谱仪的整个结构组件中,取样系统是最重要的部件,决定了检测样品的灵敏度和精度。目前已经有很多专家学者针对质谱仪取样装置内流场进行了研究,但对质谱仪高压取样技术的模拟或实验研究少之又少。质谱仪的高压取样技术仍然是一技术短板,目前的质谱仪取样主要是依靠其他装置将样品处理成真空状态,再进入质谱仪进行检测,很大程度上限制了质谱仪的使用场合和发展进程。本论文基于计算流体力学（CFD）方法,借助ANSYS Fluent软件模拟研究质谱仪高压取样装置内的气体流动过程,并提出了能直接用于质谱仪的高压取样装置栅板优化结构,通过模拟结果确定具体的结构参数。而后,设计二级质谱仪取样装置的结构,确定第一真空室的压力。本论文的主要结论有以下几点:（1）通过相关公式计算,得出了细管流动理论上能达到的最大质量流量和体积流量,以此参数为基础,借助Fluent模拟软件模拟简化高压取样装置的内部流场,通过壅塞理论以及与理论体积流量、质量流量的对比,验证模拟参数设置的正确性。然后进行了网格无关性和边界无关性验证,以此说明模型中数值模拟的设置是正确的以及利用本方法研究本课题的可行性,并证明最终模拟结果的可靠性。（2）在入口压力为大气压时,出口压力越小,出口处的体积流量越大;同一出口压力条件下,随着细管长度的增加,模型出口体积流量和质量流量都随之减小。因此,在保证出口处的体积流量满足第一真空室微型浮动式涡旋真空泵抽速（0.6L/s）的前提下,尽量降低出口压力,以此保证第一真空室的真空度。结果表明,在细管直径为0.2mm,入口压力为大气压,出口压力为800Pa前提下,当细管长度为0.8mm时,出口体积流量为0.6L/s,最接近第一真空室的抽气泵抽速。（3）提出了一种具有栅板、挡板和过渡区的取样装置优化结构,并讨论了优化结构中栅板的个数、栅板形状、挡板的个数、圆形挡板的大小、圆形挡板的位置等结构参数对气体在该结构内的流动过程的影响。得到以下结论:①对于同一出口压力条件下,出口体积流量随着栅板个数和挡板个数的增加逐渐减小,且体积流量下降趋势也随着挡板个数的增加逐渐减小,栅板个数为3和挡板个数为2时是体积流量减小趋势变化的转折点;②同一出口压力条件下,不同栅板形状下流场出口体积流量从大到小依次为右锥口栅板、左锥口栅板、直栅板结构,并且左锥口栅板结构和右锥口栅板结构模型内,气体流动出现非常明显的激波现象,选取直栅板结构比较合适;③同一出口压力条件下,挡板直径大小对出口体积流量有一定的影响,不同过渡区宽度下出口体积流量基本保持不变;④3个孔径为0.2mm的直栅板、2个直径为10mm的圆形挡板、过渡区宽度为6.5mm的结构能最大限度的达到质谱仪取样装置的性能要求。（4）为了更好的发挥取样装置的作用,将样本压力降到更低,提出了取样装置二级结构,分别模拟研究气体流动特性,确定二级结构和第一真空室压力。结论如下:①对于二级结构而言,模型出口压力为5Pa,入口压力变化,不满足壅塞理论条件,模型出口体积流量与质量流量呈正比,也与入口压力呈正比;②一级结构采用栅板结构、二级结构采用基本结构可以获得最合适的第一真空室压力,使得质谱仪取样装置的性能达到最优值。此时第一真空室的压力为550～650Pa,第一真空室体积流量为0.5～0.6L/s,第二真空室的体积流量为0.12～0.16L/s,真空泵的工作状态也是最合适的。