面对日益严峻的环境问题,如何减少化石能源的消耗、实现能源的高效清洁利用是全球面临的重要持久议题。氢能是一种清洁的二次能源,对可再生能源利用,解决能源和环境问题具有重要意义。质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效利用氢能的电化学能量转化装置,能够直接将化学能转化为电能。它的工作过程与传统热机明显不同,不受卡诺循环限制,因而具有能量转化效率高、无污染、低噪声等特点,是一种理想的能源利用方式。双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分,其流场结构直接影响反应物在电池内的分布以及传输效率,进而影响到电池在高电流密度下的性能。为了获取更好的流场结构,可将仿生学思想引入流道及流场结构设计中。本文拟基于玉米叶脉筛板结构,设计一款质子交换膜燃料电池仿生流道结构,通过数值模拟研究其性能,并对其结构进行优化,最终得到最优的仿生流道结构。本文主要开展了以下工作:（1）研究了仿生原型玉米叶脉维管束中的筛板结构。通过激光共聚焦显微镜观察到维管束筛板结构及位置,对其筛板间距以及筛孔直径进行了测量,这为仿生流道设计提供了依据。（2）概述了质子交换膜燃料电池数学模型和模拟假设。简洁地描述了燃料电池数学模型并指出了模拟的基本假设。其数学模型主要包括流体动力学方程、电化学理论方程和极化控制方程。（3）通过数值模拟方法,对仿生流道筛板的开孔率、筛孔数以及筛孔排布进行了研究与优化。在阴极流道中引入仿生筛板可改变气体传输机制,将气体扩散变为扩散和对流,这种传输机制可以提高电池气体扩散层反应物浓度。通过极化曲线、功率密度曲线以及反应物分布的对比得出当仿生筛板开孔率为22.3%时,电池性能最佳。进一步研究当开孔率为22.3%时,筛板开孔个数对电池性能的影响。研究发现,当筛板开孔数为4时,电池性能最佳,其最大功率密度相对于传统无筛板直通道提升了1.4%。为了得到最优的筛板结构,研究了筛孔排布对质子交换膜燃料电池性能的影响。研究发现当筛孔排布旋转22.5°时,电池性能达到最佳,峰值功率密度为0.70 W/cm~2,相对于传统无筛板流道提升了2.7%。因此,优化后的筛板结构参数如下:开孔率为22.3%,筛孔数为4,筛孔排布旋转22.5°。（4）研究了筛板数对电池性能的影响。通过增加筛板数,使对流区域个数增加,但筛板数过多会造成阻挡效果过强,因而使中后部筛板效果减弱。通过对比极化曲线、功率密度曲线、速度场分布、反应物分布以及净输出功率等特性,本研究发现当筛板数为5时,电池性能最佳,其最大净输出功率可达到0.97 W,相对于传统无筛板直通道提升了5.1%。本文以质子交换膜燃料电池双极板流道为研究对象,利用仿生学思想,基于玉米叶脉筛板的结构特征,进行仿生流道结构设计。通过数值模拟研究了筛板开孔率、筛孔数、筛孔排布以及筛板数对电池性能的影响。此研究对燃料电池流道和流场设计具有一定的参考价值。