直接甲醇燃料电池是直接以甲醇为燃料的电化学能量转化装置,具有系统简单、比能量高、污染小、燃料便于储运等优点,它是未来理想的移动电源系统之一,受到广泛关注。被动式燃料电池与主动式燃料电池相比,没有耗能的辅助设备,简化了系统,减小了电池体积。但是被动式直接甲醇燃料电池开发的最大挑战之一就是其在没有泵或压力容器的条件下电池供燃料方式的设计,因此对被动式直接甲醇燃料电池内的传质规律进行研究具有十分重大的意义。由于人们对电池内部的传质对电池性能的影响还缺乏认识,并且进行燃料电池的运行实验代价昂贵,时间较长,所以对直接甲醇燃料电池内部的传质进行数值模拟具有重要的理论意义和工程应用价值。本文首先建立了被动式直接甲醇燃料电池阳极三维两相瞬态模型,重点研究了阳极侧的气液两相流动和质量传递,模拟结果表明阳极气液两相的分布情况主要是由于电化学反应和重力作用引起的气液两相混合对流造成的;而催化层内气液两相传递速度非常小,在甲醇腔内组分的传质阻力相对于多孔介质来说要小很多;同时由于气体具有较大的比体积,导致多孔介质中的气相速度较大,而液体速度则要小一个数量级。因此,要重点研究被动式直接甲醇燃料电池阳极多孔介质内传质,首先要研究如何强化多孔介质内甲醇溶液的传质。其次,基于被动式直接甲醇燃料电池阳极三维两相模型,本文又重点研究了阳极催化层孔隙率、电流密度以及工作角度对阳极多孔介质内的气、液两相流动和质量传递的影响。结果显示孔隙率大小对阳极气液传递流速影响并不大;电流密度的减少会降低二氧化碳的产量和甲醇的消耗量,二氧化碳气体的产量将会通过比体积进而影响气相的速度,而甲醇消耗量的大小也会改变甲醇浓度梯度从而影响甲醇扩散速率;在被动式直接甲醇燃料电池中浮升力起主导作用,二氧化碳的排除速率和两相流的流动特性会受到不同工作角度的影响,水平布置更有利于甲醇溶液和气体在阳极内部保持较比通畅的传质通道,更促进气液两相的混合对流,而垂直放置使得甲醇溶液或气体过于集中在某一区域,造成传质通道的不畅。最后,本文还建立了三维瞬态、两相、多组分的阴极传质模型,考虑了组分传递与气液两相流,计算了阴极朝下电池阴极内部液态水的分布及反应气体的浓度,分析了重力对电池内气体浓度以及液态水的分布造成的影响,并计算分析了催化层孔隙率、电流密度、工作压力对阴极内部气液传质的影响。通过本文的模拟结果,得到了被动式直接甲醇燃料电池内部一定的传质规律,同时也可以为电池的最佳操作条件和结构参数设计提供参考和改进方向。