燃料电池作为一种能够直接将化学能转化为电能的能源转化装置,具有高效、燃料多样化、环境友好等优点。在众多类型的燃料电池中质子交换膜燃料电池具有结构简单、室温快速启动、能量密度高等优点,在近些年得到快速发展。质子交换膜燃料在运行时,阴极催化层中生成的水会在气体扩散层中凝结,产生液态水,液态水的存在会对电池性能以及寿命造成不利影响。通常采用干燥气体吹扫气体通道,使得气体扩散层中液态水通过蒸发干燥过程被去除。然而,气体吹扫方法会消耗一定泵功,降低电池系统的效率。为了减少气体吹扫过程消耗的泵功,提高电池系统效率,需要对干燥气体吹扫条件下气体扩散层内的干燥机理及特性进行深入研究,从而优化气体吹扫方案以及气体扩散层的结构及润湿特性。本质上,气体扩散层是多孔介质,已有许多研究学者对此进行宏观尺度模拟,但不能反应多孔材料的微观结构对干燥过程的影响,而且目前对多孔介质干燥过程的实验研究较少。为了深入了解气体扩散层中的干燥特性和机理,本文采用孔隙网络模拟和相似可视化实验从孔隙尺度研究气体吹扫时气体扩散层内干燥过程。首先本文建立了二维孔隙网络模型,对不同孔隙结构下亲水多孔介质与憎水多孔介质的缓慢干燥过程进行模拟。模拟结果表明,忽略重力与粘性力影响时多孔介质干燥过程只受毛细压力控制,亲水多孔介质蒸发端无规则形状,而憎水多孔介质蒸发端则根据孔隙尺寸分布与喉孔比的不同呈现不同的特性;孔隙结构非紧凑的亲水多孔介质干燥总时间小于憎水多孔介质。为了对孔隙网络模型进行验证,设计了带有气体吹扫边界多孔网络相似可视化实验,提出多孔网络可视化实验图像的数字化处理方法。结果表明,实验结果与模拟结果吻合良好。用matlab软件编写的多孔介质干燥图像分析程序初步实现了多孔介质干燥特征的原位识别,通过该程序提取干燥图像信息发现吹扫流量的改变在干燥初期对干燥速率影响显著,而当干燥进行到后期,吹扫流量对干燥速率的影响较小。最后,为了更接近气体扩散层干燥的实际情况,设计大型的多孔网络可视化实验,研究在大流速吹扫作用下气体扩散层的干燥情况。实验结果表明在大流速气体吹扫下多孔网络干燥过程由两个阶段组成:气体吹扫引起的液相流动阶段和蒸发阶段。通过分析不同吹扫流量下的干燥总时间发现,合适的气相流速更有利于实际PEMFC的运行,提高电池效率。