质子交换膜燃料电池(PEMFC)将氢能源进行氧化转换为电能,其优势是质量轻、能量密度高、噪声小、清洁无污染等。对于当前改善能源结构和治理环境有重要的意义,目前已经应用于民事和军事领域。我国的燃料电池技术经过数年的发展,已经取得一些成就,但对于质子交换膜燃料电池的性能以及寿命等的研究仍是国际性的待突破关键技术。燃料电池的水管理问题是多个包含物理和化学过程的复杂问题,电池中的液态水不保持平衡会影响PEMFC的性能和寿命。当放电电流较高时,电池的流道中容易出现液态水积聚的现象,被称之为“水淹”。液态水在流道中的滞留会造成催化层中的活性位点被液态水覆盖、反应气体传质效率低等,造成电池的性能下降,寿命减少。为促进排水,降低燃料电池“水淹”的风险,本文提出了一种带鱼鳞状仿生导流板的PEMFC气体流道模型。针对论文首次提出的仿生流道,运用ANSYS的两相流模型(VOF)对气体流道内的液态水传输过程进行了模拟研究。通过流体动力学模拟研究,得出了以下结论:(1)鱼鳞仿生导流板改变了液态水的排出方式,使得液滴顺利跃离气体扩散层(GDL)表面,可以有效提高流道排水效率,减小“水淹”的风险。(2)液态水在不同润湿特性的壁面上呈现的形态与排出方式不同。液滴在疏水的壁面上能够完整的从流道中排出;在亲水的壁面上,液态水呈现液膜形态,且在脱离导流板的时刻会破碎成细小液滴排出流道。(3)当选取的导流板倾斜角度为15°时,液滴呈现出的形态最有利于液滴的排出。时间上对比,3D仿生流道的排水时间小于传统流道的排水时间。液态水可通过导流板顺利脱离GDL表面,能够有效的让出GDL的多孔传质通道,不仅能够提高PEMFC的排水效率,还提高反应气体的传质效率。研究结果表明该3D流道的鱼鳞状结构对PEMFC的水热管理技术提供了参考意义。