质子交换膜燃料电池是一种高效、清洁、无污染的能量转换装置,近年来由于环境问题的日趋严重而受到了广泛的关注。催化层是质子交换膜燃料电池的关键部件,电化学反应发生于催化层中提供电子通道、质子通道和气体通道的活性三相界面,它的结构与燃料电池的性能息息相关,而催化层的制备过程决定了其微观结构。催化层的常用制备方法是将催化剂墨水涂覆在质子交换膜或气体扩散层上,待墨水干燥后便形成了催化层。催化剂墨水的涂覆方法对催化层的结构起着重要作用。超声喷涂法是一种常用的将催化剂墨水涂覆于质子交换膜或其它基底上的方法,而雾化液滴的粒径大小与催化层的微结构成型有关。超声喷涂过程分为两部分,分别是催化剂墨水的雾化过程以及液滴的飞行过程。本研究对这两个过程进行了数值模拟,探究了影响液滴粒径分布的因素。其中,建立了一个超声频率振动的二维喷嘴模型以模拟催化剂墨水的雾化过程。采用了VOF（流体体积法）来追踪液滴和气体的相交界面,采用动网格的方法模拟了雾化表面的往复运动。对影响超声雾化过程的参数进行了探究。结果表明,增大喷嘴振幅和喷嘴频率可以有效减小液滴粒径,使液滴尺寸分布更集中。表面张力的增大使液滴粒径增大,但粒径分布曲线有变得更集中的趋势。当粘度在临界值以下时,增加粘度可获得较好的喷雾质量,超过临界值时墨水将不能正常被雾化。催化剂墨水是一种非牛顿流体,模型对不同粘度范围的非牛顿流体的模拟结果表明,在低剪切速度时具有高粘度的催化剂墨水流体可以改善喷雾的质量。它对液滴粒径分布的影响与提高牛顿型流体的粘度是一致的。液滴飞行过程是通过DPM（离散相模型）的数值方法进行模拟的。研究中建立了墨水飞行过程的三维模型。对液滴在飞行过程中蒸发相变过程和液滴之间的碰撞聚合现象进行了探究。结果表明,液滴中的可蒸发组分在飞行过程中发生了部分蒸发,但它们对液滴粒径的影响效果并不明显。液滴在飞行过程中粒径分布的变化主要是由碰撞聚合效应导致的。对液滴引入导气气流是减少液滴碰撞聚合的有效方法。通过对不同气流速度的研究发现,气流速度存在一个临界值,当导流速度低于这个临界值时,液滴的平均粒径将变大,喷雾质量变差;当导流速度大于临界值时,液滴的碰撞聚合现象将大大减少,液滴的平均粒径相应减小,喷雾质量有所改善。本研究为超声喷涂法制备质子交换膜燃料电池催化层提供了理论指导,对提高催化层的电化学性能及燃料电池经济性具有重要的意义。