燃料电池作为一种新型的能源转换装置,具有广阔的发展潜力和应用前景,其中,质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell,简称PEMFC）因其常温下具有快速启动、功率高、结构简单、操作简便等优点成为未来汽车动力源的有力竞争者。电池性能的好坏在实际应用中具有重要的意义,受到广泛的关注和研究,而电池的流场结构是影响电池性能的关键因素之一。本文基于计算流体力学方法（Computational Fluid Dynamics,缩写CFD）建立了一个三维、非等温和单相流的综合PEMFC数学模型,模型考虑了燃料电池内流体流动、传热传质和电荷传递等复杂的传递过程,利用商业软件FLUENT进行模型的求解,研究了不同流场结构对质子交换膜燃料电池传输过程和性能的影响。本文首先建立了一种新型径向流场结构,从梯度流道尺寸、供气方式和径向距离三个方面分别研究其对径向流场PEMFC的传输过程和性能影响。四种梯度流道尺寸的比较研究发现梯度流道尺寸越大,径向流场性能越好;两种供气方式的比较研究表明采用逆流的供气方式,径向流场性能更好;四种流道径向距离的研究结果表明径向距离越短,径向流场性能越好。在径向流场结构的综合研究基础上,将优化的径向流场与平行流场、交指流场和蛇形流场的进行对比,研究了不同流场结构的PEMFC传输特性和性能差异。结果表明径向流场在极化性能、气体均匀性、流道压降和局部电流密度均有明显的优势,但在水热管理方面存在一定的不足。最后,比较研究了一至五个不同通道数蛇形流场的PEMFC传输过程和电池性能。结果表明随通道数由一增至四,蛇形流场极化性能降低;随通道数由四增至五,蛇形流场极化性能提升。随通道数由一增至五,流道压降与流速则不断降低。论文基于CFD方法,全面系统研究了不同流场结构对电池内传输现象和电池性能的影响,研究结果可为流场结构的设计和电池的高性能运行提供一定的参考。