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如何有效地利用阴极反应生成的水和加湿的反应气体对膜进行适当的水合作用,并及时地排出阴极液态水,是提高质子交换膜燃料电池性能的关键。作为气体扩散层中一种典型的流动形式,交叉流能够有效地排出阴极液态水。同时,由于气体扩散层的疏水处理工艺,会导致其表面的接触角分布不均匀。交叉流以及非均匀接触角对气体扩散层微观结构中液态水的传输过程均有影响,目前,与此相关的研究还很少。本研究基于已经开发的气体扩散层真实微观结构的重建模型和VOF方法,建立了一个三维、两相流瞬态模型,研究接触角(固定和渐变)、压力差(毛细压力)对交叉流在气体扩散层微观结构中传输特性的影响。研究结果表明,交叉流在气体扩散层的传输过程中,会先通过一些容易渗透的孔隙,形成“毛细指进模式”;然后越来越多的液态水侵入到气体扩散层中,填满其余的大部分孔隙,形成“稳定传输模式”。研究证实,对液态水的传输模式来说,压力差比接触角具有更显著的影响。较高的压力差和较小的接触角能够加快液态水的侵入过程,使交叉流动过程达到稳定状态所需的时间缩短;对于渐变接触角工况,在垂直于流道方向的不同横截面上,气体扩散层表面的接触角也不相同。在这些截面上,交叉流的传输特性与其在相对应的固定接触角工况下具有相同的变化规律;对于交叉流在气体扩散层中的整个传输过程,渐变接触角工况与其相对应的固定接触角中间值工况下的变化规律相似。当交叉流的传输过程接近结束时,达到规定的稳定状态。在稳定状态下,毛细压力(压力差)随液态水体积分数的增加而增大,这个趋势在液态水体积分数较大的时候更加明显;在稳定状态下,气体扩散层中液态水的质量流量与压力差呈正比例,且当接触角较小时,气体扩散层中液态水的质量流量更高。总体来说,对于渐变接触角及其相对应的固定接触角中间值的工况,压力差对交叉流稳态传输特性的影响规律相似。