质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置,其工作温度低、尺寸小、响应快,且不受卡诺循环的限制,能量转化效率高,被称为是最具发展潜力的车用动力装置之一。PEMFC水管理是电池能否正常运行的关键,对其工作性能、可靠性等影响显著。研究液态水在电池内部的传输与去除过程能在深入认识液态水的传输特点与去除机理的同时,对优化设计电池内部组件提供指导意义,进而提高PEMFC的工作性能。本文以PEMFC中反应生成水的水-气两相流动问题为主要研究方向,在此基础上探究液态水在气体扩散层与阴极气体流道内的传输机理,对流道结构进行优化设计,并对车用实际工况下液态水在气体流道内的传输与去除过程开展深入研究。论文主要研究内容及结论如下:（1）以PEMFC的气体扩散层为背景,研究多孔介质中的多组分多相流动过程。首先建立Shan-Chen两相格子Boltzmann模型,并对模型进行验证。基于三维随机重构技术,参考真实产品数据重构了气体扩散层与微孔层碳纤维结构。采用格子Boltzmann方法,研究微孔层的存在与碳纤维的润湿特性对气体扩散层内部液态水输运过程的影响,探究液态水传输机理。结果表明:添加微孔层对缓解电池水淹具有积极效果。此外,将碳纤维处理成疏水表面能够降低气体扩散层内部水饱和度,降低电池水淹风险。（2）以PEMFC阴极气体流道为背景,研究微通道中的多相流动过程。基于Fluent软件与VOF方法,建立了流道内排水的两相流模型。详细研究壁面润湿性对流道角落处液滴传输过程的影响。结果表明,70°接触角流道壁面中的液态水排出效果最佳。针对传统直流道在传质与排水等方面的不足,设计了一种局部变截面台阶型流道,并通过数值模拟与实验两种手段对比研究了台阶型流道与常规直流道在排水与电化学性能方面的差异。模拟结果表明:台阶型流道能够提升流道内气流速度,使液滴排出速度比直流道快4%,且能够增强反应气体的对流与扩散,提高电池电化学性能。实验结果证实:台阶型流道电池峰值功率比传统直流道电池提高1.3%,且在降低电池极化损失方面有积极效果。（3）以车用实际振动工况为背景,研究流道内液滴动态行为与传输过程。基于VOF方法与新型振动加载方法,对气体扩散层表面的液滴添加简谐振动,考虑不同振动方向对液滴动态行为的影响。在此基础上进一步研究简谐振动与气流耦合作用下液滴在气体流道内的传输过程,对不同振动方向、不同振动频率的算例进行详细分析,探究其对燃料电池水管理的影响。结果表明,水平与垂直振动均会减慢流道内液滴排出速度,增加电池水淹风险。另一方面,振动会使流道内压降升高,增大电池寄生功率。同时研究发现,10Hz的振动对电池负面影响最为显著。