质子交换膜燃料电池具有低温快速启动和清洁高效的特点,是最有可能在新能源汽车的发展中成为替代传统燃油系统的一种新型汽车动力源,应用前景十分广阔。然而质子交换膜燃料电池内部的水平衡管理是制约其大规模商业化发展和电池性能的关键因素。在燃料电池内部,催化层中由于电化学反应产生的液态水会在穿过气体扩散层后到达其表面,然后再从气体流道中排出燃料电池。因此,研究气体扩散层表面的气液两相传输机制是影响电池水管理和工作性能的重要内容。本文以格子Boltzmann方法的伪势多相模型为基本分析模型,对液滴从气体扩散层表面浮现、生长和脱落等动态传输过程进行了仿真模拟,并对扩散层表面液滴在流道中的受力进行分析,得到了液滴的脱离半径及影响因素,详细分析了不同工况参数对气体扩散层表面液滴动态特性的影响。结果表明,增大流道内的气体流速和扩散层表面接触角有利于液滴以较小半径更快的脱落排出,虽然流道压降会随之升高,但是液滴运动周期的缩短可以使压降较早开始下降;当扩散层表面越粗糙时,疏水性越强,液滴生长的冠高越高,从而导致流道内的压降升高,虽然粗糙扩散层可以缩短液滴的排出时间但是幅度较小,因此需要尽量保证扩散层表面的光滑性。模拟还发现,注水流速对液滴的形态没有影响,当注水流速变大时,液滴运动周期变短但幅度较小,可以忽略对气体流道压降的影响。为了进一步研究扩散层表面液态水的动态传输特性,本文还详细分析了孔隙间距、孔隙大小和排气微孔对气体扩散层表面液态水传输特性的影响。结果表明,当两个微孔间的孔隙间距大于等于3008)时液滴不会发生融合现象,而且当孔隙间距大于等于4008)时,两个液滴之间几乎没有相互影响,液滴排出时间相等;不同孔隙大小的液滴在扩散层表面的运动主要受气体作用剪切力的影响,与下游孔隙大于上游孔隙液滴的运动周期相比,上游孔隙比下游孔隙大时,液滴的运动周期更短,因此,上游孔隙比下游孔隙大时液态水更易排出;排气微孔的存在对下游液滴无影响,当排气微孔在两个注水微孔之后时,与下游的注水微孔距离3008)时更有利于液滴的脱落排出;当排气微孔在两个注水微孔之间时,与上游注水微孔距离2008)时更有利于上游液滴的脱落排出。本文的研究揭示了质子交换膜燃料电池气体流道内气体扩散层表面液态水的传输机理,为改善电池内部水管理提供了理论依据,同时也为扩散层的优化设计提供了帮助。