航运业在全球运输行业中占据关键地位,船舶排放的二氧化碳以及氮氧化物、硫氧化物总量大,占比高,国内国外出台相关政策法规推动航运业朝节能、高效、环保的方向发展,因此,具有清洁环保优点的燃料电池动力船舶已成为研究热点。燃料电池是一种能量转化装置,具有能量转化效率高的特点。其中质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）具有运动部件少、排出产物只有水、噪声低、无机械部件磨损等优势,被广泛应用于交通运输领域。增强燃料电池内反应气体的质量传输,提高电池内热量以及液态水管理水平,是PEMFC技术发展的关键。首先,研究阴极侧添加阻块对燃料电池性能的影响。在阴极侧设计添加阻块的波浪流场,通过燃料电池性能测试,确定波浪流场对燃料电池性能提升的可行性,进而探究燃料电池工作温度、增湿温度、阳极流量和阴极流量等操作条件对波浪流场燃料电池性能的影响。实验结果表明,操作条件对燃料电池性能影响显著:增加工作温度有利于减小浓差损失,提升燃料电池性能;增加增湿温度有利于提高燃料电池整体性能。此外,当阳极流量由0.4 L/min增大到0.5 L/min时,燃料可以显著减小浓差损失提升燃料电池性能,进一步增大阳极流量不会提高电池性能;阴极流量由1 L/min增大到1.5 L/min时,燃料电池性能显著提升,进一步提升阴极流量对燃料电池性能提升并不明显。其次,探究波浪流场中阻块的高度和阻块的数量对燃料电池性能的影响。结果表明,燃料电池性能随阻块高度的增加而增强,增加阻块高度可以改变反应气体局部流向和流速,增强流道下氧气质量传输,提升燃料电池性能。燃料电池性能随阻块数量的增加而增强,增加阻块数量导致相邻通道之间的压降增加,加强肋下对流,增强肋下氧气质量传输,提高燃料电池性能。最后,建立三维两相稳态燃料电池模型,探究阴极添加阻块的波浪流道对燃料电池组分分布、电流密度分布、温度分布以及液态水饱和度分布的影响,揭示波浪流道燃料电池性能强化机理。结果表明,在0.3 V输出电压下,波浪流道可以提高氧气质量分数,提高电流密度,同时改善温度分布的均匀性。波浪流道可以提高气体流速,同时显著提高垂直气体扩散层方向流速,强化传质,加强液态水排出,进而提高燃料电池性能。本文基于质子交换膜燃料电池强化传质,深入探究波浪流场对燃料电池性能的影响,同时探究操作条件对波浪流场燃料电池性能的影响,对燃料电池流场结构的设计和运行条件设置有一定的指导意义。