质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有响应速度快、体积功率密度高、使用寿命长、结构简便、运行可靠无噪音、反应转气体化学转换率高且不受卡诺循环限制等优势。在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中,通过流场设计实现均匀的反应气体分布,从而能够提高电池性能。论文围绕质子交换膜燃料电池流场设计及优化,通过数值模拟研究流场结构燃料电池性能的影响。采用数值模拟方法,研究了不同流道截面对电池输出性能、反应气体分布、流速和压降的影响。结果表明,反应气体浓度随流道方向呈下降趋势,梯形截面具有最佳的反应气体分布和除水效率。此外,在其他流动特性上,半圆形截面压降最高,间距式凸台截面压力分布最为均匀;梯形截面具有最佳电池性能且在传质方面表现良好。在梯形截面的基础上,通过数值仿真针对不同顶部宽度及流道与肋宽比,研究不同参数与燃料电池性能之间的关系。随着宽度降低反应气体分布均匀性及压降逐渐上升,较低的梯形上端宽度,其气体质量传输能力最佳;由于氢气物性中的扩散系数远大于氧气,当宽度比的增加时,阳极反应气体受影响较低,阴极的氧气分布均匀性急剧下降,在离流道越远的肋下区域氧气浓度越低且水大量积聚,严重影响电池性能。为了提高运用反应气体利用率,在实验与运用中阳极可采取闭口形式以提高反应气体利用率。出口高度由1mm降低至0.5mm过程中,电池性能及反应气体分布均匀性不断提升,当出口高度为0.5mm时电池性能及反应气体分布均匀性最佳。当降低至0.25mm时,由于流道尾部高度过低导致流道内部水分排除困难,在流道末端引发生水淹现象,导致电池性能、反应气体分布均匀性骤降。流道内工作压力和压降流道内工作压力及压降随出口高度降低而上升,但过高的压降会严重影响水排除率及反应气体分布均匀性。0.5mm流道出口高度具有最佳的电池性能及反应气体分布均匀性。本文主要通过数值模拟方法,分别从不同截面形状、不同截面参数及新型流场不同出口高度方面进行分析,以优化设计燃料电池流场。对于质子交换膜燃料电池流场结构设计与优化有一定指导意义。