质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）作为一种使用氢能的能量转化装置,能够将氢气中含有的化学能通过电化学反应转化成电能,具有清洁、高效、无噪声、经济性好等优点。本文以质子交换膜燃料电池的阴极流场为研究对象,建立了燃料电池单流道电池的几何模型和数值模型,设计了具有不同堵块结构的阴极强化传质流道,探究了增设堵块结构和增大过量系数提升传质效果的机制的差异,提出了堵块结构的强化传质准则用于指导燃料电池阴极流场的设计。主要研究内容如下:（1）建立了质子交换膜燃料电池的数值模型,该数值模型包括描述燃料电池内部气液运输的基本流体力学模型、描述催化层表面发生氢的电离和氧的还原的电化学模型以及描述阴阳极之间水传递的膜中水传递模型。并讨论了燃料电池数值模型的有效性验证,建立了多种网格划分方式的直流道结构模型,对网格独立性性进行了验证。（2）在不同过量系数下对堵块高度、堵块总体长度和堵块单体长度进行了无量纲分析,从气体扩散层和催化层中氧气平均摩尔浓度、氧气浓度分布、极化曲线、功率密度、压降和电流密度分布等方面,将增设堵块的结构与直流道结构进行对比,探究堵块结构和过量系数影响传质机制的形式。（3）基于50组不同堵块总体长度、堵块单体长度和堵块高度在不同过量系数下的数据,提出了与堵块总体长度、堵块单体长度和堵块高度相关的强化传质准则,可用于评价堵块结构强化传质效果是否显著,最后通过模拟仿真和试验的方法验证了强化传质数K的有效性。本文研究的质子交换膜燃料电池阴极强化传质流场和强化传质准则,为燃料电池的流场设计提供了设计依据和指导思想,具有重要的理论指导价值。根据该准则设计的阴极流场能够有效地提高燃料电池气体扩散层和催化层中氧气摩尔浓度,强化传质性能,提高电池功率密度,改善燃料经济性,避免水淹现象的发生和催化层的碳腐蚀现象。