质子交换膜燃料电池(PEMFC)内与电化学过程相耦合的流动和多组分传输过程是一个涉及热物理、电催化、化工过程和电化学反应等众多学科分支与技术的非常复杂的研究课题，已成为当前该研究领域亟待解决的关键课题之一，具有特别重要的学术研究意义和非常广泛的工程应用价值。 　　数值模拟优于实验研究，并且可以加深对质子交换膜燃料电池内传递和反应机理的认识。本文在前人研究工作的基础上，利用先进的数值模拟方法，首先对燃料电池平行流场的阴极进行了二维数值模拟，分析了氧气和水蒸气在电极扩散层内的分布规律，并研究了电极扩散层的孔隙率变化对氧气和水蒸气浓度分布的影响；建立了描述燃料电池交指型阴极流场的二维数学模型，分析了氧气和水蒸气在阴极扩散层内的分布规律，并研究了扩散层厚度及肩宽变化对质子交换膜燃料电池性能的影响；进一步将使用平行流场的PEM燃料电池的性能与使用交指型流场的PEM燃料电池性能进行比较。结果表明：与平行流场相比，交指型流场中的强制对流作用提高了反应气体在多孔扩散电极中的传递速率，使组分的质量分数分布比较均匀，从而有助于提高燃料电池的整体性能。 　　本文还对具有蛇行流道的PEMFC半电池进行了数值模拟分析。研究了三维、稳态的不可压缩多组分单相流在蛇行流道及扩散层内的流动与传递过程，得到了蛇行流场内的速度分布规律，分析了蛇行流道与扩散层交界面处的组分浓度分布的变化规律，可为质子交换膜燃料电池的设计和优化提供参考方向。