质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有清洁、高效等优点,非常适合作为车辆动力来源。当前限制PEMFC商业化应用的主要难题之一是其功率密度较低,而高功率密度下燃料电池可能形成的水淹现象是限制功率密度提升的主要原因之一。在高功率密度、大电流密度下,传统“沟-脊”形式流道由于“脊”的存在,导致其下方气体扩散层中水无法有效排出,易形成水淹电极现象。开孔金属泡沫是一种具备高孔隙率的多孔材料,其高孔隙率、高导热、高导电、低密度、易压缩的特性使其适合作为燃料电池流道,是改善燃料电池水管理特性的有效手段之一。金属泡沫作为一种由“韧带”结构连结而成的多孔介质,其内部流动规律特别是气液两相流动规律相比于传统流道更加复杂。因此,为实现金属泡沫材料在质子交换膜燃料电池中的应用,有必要对其中的气液两相流动过程深入研究。本文针金属泡沫PEMFC内的气液两相流动问题,在较大活化面积（280 cm~2）下,对泡沫流场内准二维气液驱替过程开展可视化研究,主要工作包括以下三个方面:（1）使用泡沫镍薄层取代传统由圆柱或圆珠结构构成的准二维介质层,制作了具有典型Hele-Shaw cell结构的金属泡沫流道模拟单元。借助光学手段及CCD相机,搭建了泡沫流场气液两相流动可视化实验系统,并实现了对图像数据及压差数据的同步采集。（2）在气/液驱替流动方面,研究发现随着空气流速的增大,气液两相的界面形态由毛细指状结构（capillary fingering）过渡到粘性指状结构（viscous fingering）;随着金属泡沫孔径的减小,部分排水现象愈加显著,其原因在于金属泡沫在厚度方向上形成的多层孔隙层的数目随着孔径的减小而增大。通过比较金属泡沫流道模拟单元进出口压差,发现在空气临近侵入金属泡沫的时刻,进出口管道间的压差随着金属泡沫孔径的减小而变大,其原因在于由孔径大小主导的“压力阀值”现象。（3）在液/气驱替流动方面,研究发现气液两相界面在实验选定的四种水流量下,均未出现枝状结构。水的流量越大,气液两相的分界面越规则、长度越小,界面形态呈弧形,且弧度随着水流速度的增大而减小;水的流量越小,气液两相的界面长度越大且不规则,趋向于锥形。在本文最小孔径的金属泡沫中,水驱替空气的过程中存在明显的部分驱替现象,并且水的流量越小,部分驱替现象越明显。本研究利用直接光学可视化的实验研究方法,对大尺寸金属泡沫薄层中的气液两相流动进行了深入分析,加深了对开孔金属泡沫结构中气液两相流动机理的认识,对改进燃料电池金属泡沫流场的设计具有理论指导意义。