能源被认为是全球经济的驱动力。以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）,具有高功率密度、低工作温度、启动快速、对负载变化的响应良好和零污染物排放等优势特点,被认为是人类一直追求的可持续能源系统的重要一环。作为PEMFC性能影响的重要因素,PEMFC的结构一直是研究的焦点。本文以管状PEMFC模型为研究对象,通过对四种不同结构的单电池模型,进行相同工作状态下的数值模拟,并对影响电池性能的相关参数进行解析。本文主要工作和成果如下:（1）运用COMSOL Multiphysics和SOLIDWORKS软件构建了四种不同结构的管状PEMFC模型。进行了四种不同结构的管状PEMFC模型在相同运行参数下的数值模拟,分别得到四种模型的阴极氧气浓度和水浓度分布,绘制了电池的极化曲线、功率密度曲线、压降和输出净功曲线。并且对四种模型分别用顺流、逆流两种进气方式进行对比,综合分析了管状PEMFC模型的性能。结果表明:管状PEMFC单电池模型的产生的电流密度和功率密度均高于基础平板单电池结构模型。不同结构的管状PEMFC模型中,方形弦模型（SC）显示出最高的电流密度和功率密度,具有最高的输出净功率。与顺流进气方式相比,逆流进气方式的管状PEMFC模型具有更好的性能并提供了更高的输出功率。并且使用逆流进气方式可增加物质的渗透性,使燃料电池内部发生更均匀的电化学反应。逆流进气方式下的SC模型具有最佳的电池性能,其输出的最大净功率可达3.35W。（2）以管状方形弦（SC）模型为研究对象,通过改变阴极气体扩散层孔隙率,对不同阴极GDL孔隙率下电池性能进行对比分析。最后通过控制阴、阳极进口气体的加湿温度和空气化学计量比来研究其变化对管状PEMFC性能的影响。结果显示:扩大阴极GDL孔隙率可提高电池的输出性能,并且孔隙率的变化对电池性能曲线的影响随着电流密度的增大而更加显著。不同孔隙率模型对应的PEM最高温度均随电池电压的增大而降低。同时改变阴阳极进气加湿温度,电池电流密度随着加湿温度的增加先增大后减小。加湿温度为60℃下,逆流SC结构输出性能最佳。单独改变阴极或阳极加湿温度,在高工作电压下,电流密度随着进口气体加湿温度的增大而增大,但燃料电池输出的电流密度变化并不明显;在低工作电压下,电流密度随加湿温度的增大而降低,且改变阴极气体加湿程度时电池的电流密度变化更大,对电池性能的影响显著。燃料电池的性能随空气化学计量比增加而提高。