随着环境污染与能源危机的加剧,以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池以其高效清洁的特点逐渐受到人们的重视。反应物在电池内分布的均匀性以及质量效率是影响电池性能的重要因素。而发生在极板流道以及多孔电极区域的质量传输过程直接影响了反应物的供给,也限制了电池在高电流密度工况下的性能表现。本文通过增设隔板改变PEMFC阴极流道局部流通截面,并在一个现有三维稳态的电池模型基础上,更新了多孔电极内部非线性渗透的传输规律,在此模型基础上,针对变截面燃料电池的质量传输和性能开展了如下的研究工作:为得到最优化的隔板设计,平行流道阴极增设隔板,探究隔板高度与数量的影响规律。结果表明,增大隔板的阻挡率可以提高该区域反应物流动的对流强度,但同时也会造成流道压降的升高,在考虑压降造成的泵气功后,最优的阻挡率为0.8。另一方面,随着隔板数目的增多,高速对流区域也随之增多,但过多的隔板容易造成阻挡效果过强使得中后部的扰动减弱。因此,存在一个最优的隔板数目设计。随后将隔板倾斜一定的角度,减小流动阻力。结果发现,在隔板区域,水平方向的速度分量影响对流区域面积的大小,而垂直方向的速度分量影响对流强度的大小。在后续的研究中,依据文献结果并结合现有倾斜隔板角度的优化设计参数,综合构建了梯形隔板,验证了前倾角度的影响规律。而通过后倾隔板的设置,可以减少回流现象的产生。另外,根据达西定律的适用条件更新了模型中反应物在多孔电极内的非线性渗透规律,并通过考虑压降造成的泵气功优化了梯形隔板的数目。研究了梯形隔板在极板流道的分布情况对电池性能的影响,通过错列分布的设计,利用流道间的压力差形成稳定的交叉流现象。根据云图结果显示,通过错列隔板的设置,肋部区域的反应物浓度得到有效提高,更好地利用了电池的活化面积,同时也有利于除去肋部多余的液态水,优化了电池的液态水分布。根据设计的梯形隔板流道完成了错列梯形隔板的实验验证。实验结果表明,在0.5/0.5 SLPM供给条件下,错列隔板流道设计的性能表现最优。而在化学计量比为1.5/1.5的供给条件下,相比于传统平行流道,错列隔板流道设计的最大功率提升可以达到9.37%。