随着地球上一次能源（石油、煤等）日趋枯竭、环境污染日益严重，洁净高效的能源利用方式逐渐成为未来能源开发和利用的方向。质子交换膜燃料电池由于低温易启动、体积比较小、功率密度较大、能量转换效率高、无污染、能根据用电需求改变输出等优点，成为汽车理想的能源。目前的质子交换膜燃料电池尚处于研究阶段，其中双极板流场的研究是一项关键的课题，开发优良的流场是提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）性能的一个核心因素。本文的研究工作主要是针对质子交换膜燃料电池流场，利用计算流体软件CFX来计算模拟流场结构与尺寸对电池性能的影响。　　首先，描述质子交换膜燃料电池的三维数学模型，包括电池的电化学动力学、电化学反应、电化学速率、电极极化等模型和连续方程、动量方程等数学控制方程；　　然后，建立了质子交换膜燃料电池阴极简化计算模型，确定了计算的合理边界条件，分析电池阴极内气体流动、扩散传质和组份浓度分布等情况；接着，对电池在不同的进气压力和压力差时的工作情况进行模拟，分析压力对电池工作的影响；在扩散层和催化层宽度固定的情况下，选取不同的流道宽度（脊宽比）、深度等结构计算分析，结果表明，流道的宽度、脊宽与流道深度的比值为1：1：1是较理想的流场尺寸比；　　接着，以前面计算模型为基础对流场进行改进，把流道的上壁面由平面改为具有一定的波纹形状，并取几组不同的波纹长度和波纹高度（波峰与波谷的距离）值进行计算，通过比较分析得出，波纹高度为0.03mm，波纹长度为0.833mm时，与传统的上壁面为平面的流道相比，通过流道/扩散层界面进入扩散层的气体质量流量提高了1.23倍，对燃料电池传质能力的提高是非常明显的。　　最后，建立了流道上壁面分别为平面和波纹形面的单通道和多通道蛇形流场以及交叉梳状流场质子交换膜燃料电池阴极的整体计算模型并进行计算分析，结果表明，不论对于单通道流场还是多通道流场的燃料电池，与流道上壁面为平面时相比，流道上壁面为波纹形时，扩散层氧气的浓度要更高，分布更均匀，而且流道内水的浓度要低，排水性能较好，燃料电池的性能得到了提高。