质子交换膜燃料电池（PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell）是一种新型的能量转换装置，其特点是功率的密度高、能量转换的效率高、启动时的温度比较低、噪音比较低、长寿命和环境友好等，在移动电源领域的发展前景比较好，目前已成为各国能源研究机构研究热点之一。燃料电池内部反应气体传输能力的强弱程度、操作条件的变化情况和电池本身温度的高低直接影响到其性能的好坏，因此对电池流道结构、流场结构、进出气方案和冷却流道形式的优化具有很重要的意义。本文第一章主要讲述了本课题的来源和背景，接着第二章详细介绍了燃料电池模拟计算时的数学模型，描述了CFD软件的求解流程和运算过程。然后建立了燃料电池单流道模型，设计了不同气体流道深度和分别在气体流道中加入三角形凸台和正弦凸台。结果表明随着气体流道的深度的减小，燃料电池的性能表现的越好；气体流道内加入三角形凸台后，燃料电池的性能变好；气体流道内加入正弦凸台后燃料电池的性能也变好，并且随着正弦凸台振幅的增大，其性能也逐渐提高。燃料电池的单流道模型可研究的因素受限以及和实际电池差别比较大，因此作者也设计一个10流道的单电池模型，对单电池阴阳极的结构（单蛇、双蛇、直排）、阴阳极的进出气方案以及单电池的不同的操作条件做了一些模拟计算。结果显示，采用单蛇流场结构的单电池性能优于采用双蛇流场和直排流场的单电池，采用双蛇流场的单电池次之；阴阳极进出气方案为2-2型时单电池的性能最佳，方案为2-1型时单电池的性能最差，方案为U型和Z型的在二者之间；随着温度的升高，单电池性能先提升后降低，在60℃左后有最佳性；随着操作压力的提高，单电池性能逐渐提高；随着扩散层孔隙率的变大，单电池性能先提升后降低，在孔隙率为0.3左右有最佳的性能。最后针对一种新式波浪形的燃料电池冷却流道的几种结构做了换热计算模拟，该流道PEC值大于1，说明在雷诺数一定范围内可以采用此波浪形流道。