全球工业化程度加深和交通运输技术发展导致污染排放问题日益严峻,世界各国纷纷将环保议题作为社会发展过程中关注的焦点。与使用化石能源的传统动力装置相比,燃料电池多采用氢氧等可再生且无污染工质进行反应工作,对环境友好的同时也被视为应对当前能源危机的有力工具。作为燃料电池小型化研究的成果,微流体燃料电池既可满足便携式和可穿戴电子设备对微小体积电源的需求,也在结构上规避传统燃料电池所存在的问题,因此其被认为在信息技术高速发展的数字化时代中具有广阔应用前景。虽然燃料电池领域内的研究已经非常深入,但大多数针对微流体燃料电池的研究仍局限在理论分析或简易模型试验。想要微流体燃料电池得到大规模的市场化应用,就必须在实际应用的角度对其工作环境和外界干扰因素进行全面分析。例如微流体燃料电池在可穿戴设备中应用时遇到的振动、跌落等冲击的影响。此外,对于以纸纤维材料为结构基底的被动式微流体燃料电池而言,弯折对其运行稳定性的影响同样不可忽视。这些问题都是上述类型的微流体燃料电池发展过程中必须得到解决的,只有对其进行全面深入的研究分析,进而揭示电池性能表现背后的影响机制,才能够推动微流体燃料电池向实际应用层面发展。为寻求解决上述问题与不足的方法,本文采用模拟手段来辅助研究。通过建立基于主动及被动式微流体燃料电池实验结论的多物理场耦合数值模型,对不同物质供给方式的微流体燃料电池进行模拟研究,分析微流体燃料电池受多因素影响时的物质流动及传输机理。主要的研究工作内容包括:（1）通过构建采用燃料蒸汽进给的主动式微流体燃料电池三维数值模型,研究新型塔形储气罐和电极形状等结构参数对电池性能的影响规律,并对模型在不同参数下的能量效率进行综合评估;（2）构建基于蒸汽进给式微流体燃料电池的振动耦合研究数值模型,以模拟电池在遇到不同类型的振动影响时的性能表现,进而分析电池性能在振动参数变化时的波动规律;（3）构建以纸纤维为结构基底的被动式电池数值模型,由此研究毛细压力驱动下纸纤维内部的芯吸过程,以及结构参数对能量效率的影响;（4）在纸基被动式微流体燃料电池数值模型基础上构建多种几何构造的变形,旨在探究弯曲及折叠对电池的影响机制。本文主要研究结论如下:（1）当蒸汽进给式微流体燃料电池采用1:11.1的反应-蒸发面积比时,电池输出性能得到明显提升。与塔型储气罐配合使用时,电池可输出31.86m W/cm~2的峰值功率密度和210.16m A/cm~2的电流密度。电极位置高度为3mm时,电池输出最大功率密度可达33.45m W/cm~2。综合多种优化策略可使电池峰值功率密度达到47.43m W/cm~2,最大电流密度提高至344.38m A/cm~2。（2）振动扰乱了蒸汽进给式微流体燃料电池储气罐中稳定的燃料梯度分布,促使更多的燃料向反应区域聚集,从而影响电池性能。在各项振动参数中,振动幅度、频率的提高能够小幅度提升电池输出功率,当振动强度从3.28m·s-2增加至6.56m·s-2时,横纵两种振动模型的峰值功率密度分别增加4.85m W/cm~2和4.03m W/cm~2。总体而言,纵向振动对电池性能提升作用较横向振动更为明显,但电池在受到横向振动影响时性能波动更小,特别是在振动相位方面。（3）电极的间距、长度以及与入口的距离均对纸基微流体燃料电池性能有一定影响,当流道厚度增加至570μm时,最大电流密度达到40.85m A/cm~2,相应的峰值功率密度为2.46m W/cm~2。在物质参数方面,电解质浓度对输出功率的提升作用比燃料浓度更为显著。（4）基于纸纤维材料的结构特性,纸基微流体燃料电池具有一定的柔韧性,即便在大角度折叠时输出功率依然能保持在1.71m W/cm~2。这一特性使得纸基微流体燃料电池在可穿戴设备领域前景广阔,但是在实际应用中仍需避免对流道纤维孔层结构的挤压和撕裂。（5）采用吸收能力更强的纤维材料可使电池输出功率提高4.37m W/cm~2,增大吸收垫容积也有类似效果。适当提高工作温度能使电池功率和电流输出分别提升0.27m W/cm~2和1.25m A/cm~2,但要考虑纤维材料在高温下碳化的风险。