质子交换膜燃料电池是一种新能源电池，具有功率密度大，能量转换效率高、启动快、污染小等优点，是当下研究的热点。　　本文首先介绍了燃料电池的背景，国内外研究现状，对燃料电池建立了完整的数学模型，包括了质量传输方程，动量守恒方程，能量守恒方程，组分传输方程，电化学反应方程，多孔介质中的扩散模型，流道中VOF模型及相变模型，利用商用CFD软件FLUENT导入网格模型进行求解，在必要的情况下导入用户自定义函数。　　然后，采用PEM模块对单流道的单电池模型进行了模拟和分析，考虑了压力、温度、加湿度、流道结构对电池性能和水分分布的影响，得出压力越高有利于电池的气体扩散，能提高电池性能，加湿度对电池性能影响显著，加湿度有个最合理的值，完全加湿反而降低电池性能。半圆形流道的整体性能最好，矩形流道次之，燕尾形流道最差。　　最后，采用VOF模型对流道中的水传输进行了模拟。扩散层表面采用疏水性，流道壁面采用亲水性最有利于电池的排水，此时流道多以液滴形式排水。半圆形流道最有利于液膜的排出，单蛇形流道也是半圆弧形流道排水效果最好，矩形直角弯流道容易在拐角处积水而无法脱离。闭口系统中，气体很微弱，仅靠重力的作用无法克服孔隙中的张力和表面摩擦力，流道中的相变因素不可忽略，此时不能将流道视作等温流道。