燃料电池是一种通过电化学反应持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的电化学发电装置。燃料电池的效率比传统的热机效率高，而且还有环境友好、可靠性高、灵活性好、噪音小等优点。 质子交换膜直接甲醇燃料电池以气态甲醇或甲醇溶液作为燃料，采用固体聚合物作为其电解质。二十世纪九十年代以来，直接甲醇燃料电池的研究有了很大的进展。 与气态进料的直接甲醇燃料电池相比，尽管液态进料的直接甲醇燃料电池的电极反应较慢，但是它也具有热管理系统复杂程度较低，系统尺寸减小，重量下降，可以在常温下运行等一系列优势。液态进料的直接甲醇燃料电池近年来受到了越来越多的关注，并被认为有希望作为下一代的主电源或辅助电源应用于固定的、移动的和便携的设备以及城市交通当中。 直接甲醇燃料电池涉及电化学、催化、膜科学与工程、热物理等许多学科。目前，该领域的绝大部分研究都集中在：开发新型的阳极甲醇催化氧化剂；开发能减少甲醇窜流的膜；寻找耐甲醇的阴极氧气还原反应催化剂等。尽管质子交换膜直接甲醇燃料电池的性能在很大程度上与伴随着电化学反应发生在电池内部的流体流动和传热传质过程密切相关，但是有关电池内部电化学反应过程中生成的CO2气体的的传递、结合、移动和排出的过程对电池性能的影响的实验研究还不系统。 作者设计了透明的直接甲醇燃料电池，建立了燃料电池测试系统，并在不同工况下利用可视化技术对直接甲醇燃料电池阳极两相流以及流道内CO2气泡对电池性能的影响进行了研究。实验得到了不同流场中CO2气泡运动和气液两相流流动随实验工况变化的一些初步规律。这有助于人们了解直接甲醇燃料电池阳极流道内部流体的流动，为改善直接甲醇燃料电池的气体管理和强化传质提供优化设计思路。 本文的主要工作及取得的主要成果如下：1.建立了直接甲醇燃料电池单电池性能测试系统。实验系统可以对反应物的流量、压力、温度以及电池负载等参数进行测量与控制。同时，该性能测试系统与作者自行设计的透明电池以及由高速摄影仪和数码相机组成的拍摄系统共同构成了直接醇燃料电池阳极可视化的研究平台。 2.可视化研究了电流密度、甲醇流量、温度以及电池方向对交错流场直接甲醇燃料电池内CO2气泡和两相流流动的影响。研究表明，CO2气体会积聚在电池进口流道内；电流密度增大和温度升高都会使流道内气泡增多，提高甲醇流量有利于流道内气泡的排出。电池的方向对流场内气泡和气液两相流影响很显著。电池顺时针和逆时针旋转时，电池性能都会下降。 3.对电流密度、甲醇流量、温度和电池方向对平行流场中CO2气泡和气液两相流流动的影响进行了可视化研究。实验结果表明，平行流道结构有助于气体排出。流道竖直放置时，没有发现气弹堵塞流道的现象。电池的方向对流场内气泡和气液两相流有显著的影响。