当质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC)工作于高电流密度情况下(某些情况下的低电流密度下)，电池内有可能出现液态水的淹渍现象，即此时模拟电池的工作过程需要很好地认识电极内出现的复杂两相流流动和传递现象。此外，对于一般的燃料电池系统来说，经常要处于动态变化的工作过程，例如在燃料电池汽车的启动、停车和加速减速等过程中，因此，详细了解电池的瞬态过程已成为一个重要的研究方向。本报告主要从这两个方面进行了一些有积极意义的研究工作。 首先，为更好地模拟PEMFC内的复杂传递过程，发展了一个三维稳态的、非等温的气液两相流模型，模型综合考虑电池内的流动、传热、传质等过程，以及水的相变过程对电池内传质和温度场的影响。本模型的特性是可以详细地模拟和估计电极电化学动力学，考虑电子在扩散层和催化层，以及质子在膜相中的传递规律。通过自编程序(C语言)数值计算得到了详细的组分浓度、电位和温度等在电池内的空间分布。比较了估算的极化性能与文献中的实验数据，结果表明两者较好地相符合。分析了阴极进气湿度、入流速度和电极的肩宽与流道宽比率等对电池性能的影响。 然后，针对模拟复杂流道设计PEMFC的传热传质过程和电池电化学性能，提出了一个稳态的、非等温的三维数学模型。应用模型对一个电极面积为3.12cm×4cm，20条通路的“蛇形”流道结构PEMFC进行数值计算，得到电池的流场、局部电流密度和组分浓度等的多维分布。分析了不同渗透率对电池特性所产生的影响，结果表明渗透率越高，压力降减小，有利于提高电池的性能。在单相流的基础上，进一步发展了一个简化的稳态的、非等温的三维两相流数学模型。模型考虑了相变过程对电池的温度场和传质过程以及电池性能的影响。应用建立的两相流模型对上面的燃料电池进行了数值计算，得到了电池内复杂的流场、温度、局部电流密度和组分浓度等的多维空间分布。分析了不同的阴极反应气加湿对电池性能所产生的影响。 最后，为刻画PEMFC的动态过程，发展了一个基于计算流体动力学的非稳态、非等温的三维两相流数学模型。应用模型对一蛇形流道结构的PEMFC单体进行了数值计算，计算得到了电池启动过程中电池阴极侧膜表面温度和电流密度等特征参数的动态过程变化曲线。分析了阴极入口速度、湿度和电池电压阶越变化后电池特性的动态响应特性。结果表明：电池的启动时间和阶越响应时间均为秒的数量级，和目前大多数模型模拟的结果相一致。 对于复杂的蛇形流道结构电池的计算是采用商用软件Fluent6.1进行，网格的划分使用其前处理软件Gambit2.1进行，合适地对计算区域进行切割使计算网格为规则的长方体，模型中源项和变化的参数等应用UDF实现。