工业社会几百年来的大繁荣大发展背后带来的能源短缺和环境污染问题日益凸显,开发新兴可持续的清洁能源成为当今社会能否可持续发展的关键。质子交换膜燃料电池作为一种基于电化学原理的能量转换装置,凭借其良好的转换效率和清洁可持续的特性受到广泛关注,已经被运用到诸多领域。其中,高温质子交换膜燃料电池相较于低温质子交换膜燃料电池无需复杂的水热管理系统,而且拥有更好的CO耐受性,因此越来越多的研究集中到高温质子交换膜燃料电池。性能问题一直是制约高温质子交换膜燃料电池发展的关键,而解决性能问题的关键之一在于确定合适的操作条件和合理的流场设计。虽然目前关于质子交换膜燃料电池操作条件和流场设计的研究有很多,但是这些研究往往受限于成本问题,仅针对设计域内的几个点进行分析,这对于复杂耦合的高温质子交换膜燃料电池问题来说,很容易造成设计陷入局部最优。本文针对现有研究的不足,提出了基于代理模型的高温质子交换膜燃料电池的分析与优化方法,该方法通过少数样本即可构建适用于整个设计域的代理模型,然后凭借代理模型良好的预测性可以实现对高温质子交换膜燃料电池的全局分析与优化设计。基于此方法,文章对高温质子交换膜燃料电池的操作条件和流场几何进行了分析与优化,结果证明了该方法的有效性,证明其值得在高温质子交换膜燃料电池的优化设计中推广应用。文章的主要工作:(1)介绍了高温质子交换膜燃料电池数值建模涉及到的基本假设和基本控制方程,在此基础上建立了三维等温的CFD数值模型,用来分析不同设计变量对应的电池性能,并通过两组实验证明了所建立的数值模型的准确性。(2)介绍了包括人工神经网络在内的多种代理模型方法的基本原理及其适用范围,并介绍了用于流场优化设计的遗传算法。(3)构建了流场操作条件和流场结构与电池性能的代理模型,分析了不同设计参数对电池性能的影响,并最终结合优化算法得到了固定活化面积下的最佳流道设计。