燃料电池技术是一种清洁高效的能源转换技术,水管理是影响质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)工作性能以及工作效率的关键技术,是目前国内外研究热点。PEMFC中的阴极流道存在较为复杂的水淹问题,需要从机理层面分析解决。本文利用VOF(Volume Of Fluid)模型对液态水在电池流道内的气液两相流动问题进行深入的模拟研究,同时在常规直流道和常规蛇形流道的研究基础上提出了三种新型蛇形流道以进一步改善水管理。结果表明,疏水性壁面由于附着力小,更适合作为气体扩散层(Gas Diffusion Layer,GDL)表面;侧壁需要比GDL表面更为亲水的壁面材料,以加快生成的液态水脱离GDL表面,提高电池的工作效率与工作性能,但是过于亲水的壁面反而会形成环状流阻碍反应气的输运;当初始水滴位于角落点时,由于角落以及壁面的粘附力作用大于重力,生成水大部分都会脱离GDL平面,有利于反应气的传输。对于蛇形流道而言,弯道部分壁面的亲水性应与直流道部分侧壁的亲水性保持一致,以保证弯道中气流的稳定性,三种新型流道中,内外弯壁同时倾斜的蛇形双斜坡流道的排水效果最好,蛇形流道的内外弯壁同时倾斜一定角度有利于弯道中生成水的稳定排出,倾斜角度不宜过大,过大的倾斜角容易导致弯道内气流过于集中,高速气流分布范围较大,从而导致液态水流动的不稳定性,同时由于气流扰动强度过大而产生大量的破碎小液滴,此时如果生成水量较大,反而会增加“水淹”的可能性。