燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的一种新型发电装置,也是继水力发电、热力发电和原子能发电的第四种发电方式。它的发电原理是将燃料化学能中的吉布斯自由能通过电化学的方式转化为电能,不受“卡诺循环”的限制,理论工作效率可以达到85%,因此是一种高效的发电方式。其中,质子交换膜燃料电池（PEMFC）因具有高效率、低排放、结构简单和静音的优点,而被认为是21世纪最有发展前景的电源技术之一。本文以高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）中的氧气流动分布为主要研究目的,分别从流场分配器和气体扩散层（GDL）两个方面开展研究。在商业软件COMSOL Multiphysics 5.6中建立了三维HT-PEMFC模型进行模拟仿真,对氧气流动均匀性、压降分布、扩散通量、欧姆电阻和电池性能等方面进行分析,相关工作与成果如下:均匀性是提高HT-PEMFC性能的重要因素之一。在关于分配器的研究中,受人体血液循环系统的启发,本文提出了一种基于默里定律设计的新型分配器结构,并在平行流场中评估了分配器对流动均匀性的影响。结果表明,在平行流场中,氧气分布的均匀性与分配器直接相关。传统分配器会导致流场中存在严重的氧气分布不均匀现象,且在催化层（CL）中存在大面积的低氧浓度区域。使用新分配器后,氧气分布均匀性提高了76.5%,流场中的平均压降提高了15.7%,电池的功率密度提高了25.3%。理论计算和讨论表明,平行流场中的平均压降是影响均匀性指数的主要因素,可以通过增加平均压降的方式来提高氧气的消耗量并改善氧气分布的均匀性。另外,本文针对HT-PEMFC中的GDL进行了全面研究,建立了均匀和非均匀孔隙率模型,并分别讨论了GDL厚度和孔隙率对电导率、氧气分布、扩散通量、欧姆电阻、欧姆极化和电池性能的影响。结果表明,GDL厚度会影响氧气流动的均匀性和电池性能。适当的增加GDL厚度有助于提高CL中氧气流动的均匀性。然而当GDL厚度过大时,氧气的扩散通量不断下降,欧姆电阻持续增加,这些会导致电池性能下降。增加GDL的平均孔隙率可以提高CL中的氧气浓度和氧气分布均匀性指数,当GDL的平均孔隙率从45%增加到65%时,氧气分布均匀性指数从80.2%增加到91.9%。GDL的孔隙率与电导率呈反比,与欧姆电阻呈正比。关于GDL非均匀孔隙率的讨论表明平均孔隙率是影响电池性能的主要因素,GDL的最佳孔隙率在40%～45%之间。