质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）是一种将氢气中化学能直接电化学转换为电能的装置,具有常温下启动快、能量密度高、噪音低、绿色无污染的特点,是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的关键氢能技术之一。但是PEMFC在运行过程中尤其是在大电流密度下可能出现的“水淹”问题,严重影响了燃料电池内部的物质运输及其输出性能,甚至影响使用寿命。PEMFC运行过程中,双极板流场主要起着分配反应物以及排出生成物和废热的作用。为避免出现“水淹”现象,提高燃料电池在大电流密度下的输出性能,可通过优化双极板流场结构,产生强制对流,促进燃料电池内部的物质传输。基于CFD（Computational Fluid Dynamics,CFD）软件FLUENT中燃料电池模型,本文从单维度垂直平面强制对流与平面内强制对流的模拟研究出发,进一步耦合单维度强制对流流场结构,研究并分析了多维度强制对流耦合流场对PEMFC性能的影响。以PEMFC双极板传统平行流场为基础,结合已有试验数据,建立并验证了物理模型的有效性。通过改变流道结构可以产生强制对流,强制对流可以促进电池内部的物质传输,有利于反应物进入到电极内部以及生成物的去除。研究了单维度强制对流包括垂直平面的强制对流和平面内的强制对流,垂直平面的强制对流可以促进流道和扩散层区域物质传输,平面内的强制对流可以促进脊下和流道下区域物质传输。进一步耦合多种单维度强制对流结构,分别研究了具有多维度强制对流流场（波形-脊下流场和阻块-倾斜-脊下流场）。在此基础上,对比分析了不同流场极化曲线、氧气和水的分布、电流密度和温度分布以及出入口压降。研究发现,多维度强制对流流场有效的减小了浓差极化,在输出性能、物质传输方面均具有比较综合的性能。综上,强制对流的产生可以提高燃料电池内部物质传输,对燃料电池性能提升有重要的影响,进一步耦合不同单维度强制对流结构,获得了综合性能更加优良的多维度强制对流耦合流场。这为PEMFC双极板流场结构优化、性能提升提供了一定的理论支撑和设计策略。