理解质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）内水的输运机理，研究多孔电极内水输运过程的影响因素是给电池提供科学合理水管理的基础与前提，也是设计与优化多孔电极结构、材料属性以及其他运行参数的先决条件。质子交换膜的水化至关重要，电池通常会有外部辅助设备加湿以及电池电化学反应也会产生水有助于膜的水化，而水在特定的气压、温度环境下会以液态的形式存在，液态水无法及时排出且过多累积就会导致PEMFC内部的“水淹”现象，损害电池的性能，因此保持PEMFC内水平衡是电池水管理的主要目标。　　本文建立合适的数值计算模型对PEMFC内水输运过程进行模拟仿真，探究PEMFC内的气液两相流规律，有助于更好地了解电极内水输运机理。在电池电极内液态水的动力学行为受到多孔层的材料属性、结构影响，而且由于催化层(Catalyst layer,CL)、微孔层(Micro-pores layer,MPL)、气体扩散层(Gas diffusion layer,GDL)以及流道(Gas Channel，GC)结构形态与材料属性有差别（如GC、GDL、MPL、CL的孔隙尺度相差巨大）。在液态水的输运过程的影响因素，不仅需要考虑各多孔层自身特性，MPL/GDL、GDL/GC界面影响也不可忽略。本文研究了液态水在多孔电极内输运过程，着重讨论了不同材料特性、结构、以及温度条件对多孔层(包括GDL、MPL以及CL)内毛细力所主导的气液流动的行为特性的影响。另外还模拟了液态水滴在阴、阳极GC内的形成、脱离以及跃离现象，对影响液滴动力学行为的气流流速、气体密度、GDL表面材料特性与形态结构等因素进行了一一讨论。本文对PEMFC内气液两相流输运的研究内容具体如下:　　1)用格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann method，LBM)对多孔的GDL微结构内气液两相流过程进行模拟，探究聚四氟乙烯(PTFE)含量与分布对GDL排出液态水的影响，3种不同PTFE含量与两种不同的PTFE分布的GDL结构被用于对比研究，在GDL厚度方向上得到了不同液态水饱和度分布的信息。　　2)在数值重建的碳纸GDL内，模拟并推导了不同PTFE含量与分布情况下气液两相的相对渗透率。首先通过LBM模拟液态水在体积力驱动下沿GDL厚度方向上的毛细流动，再以达西定理计算气液相对渗透率Kr;在不同相饱和度下用LBM计算得到的Kr与Genuchten经验公式进行对比，验证了LBM预测气液相在GDL厚度方向上通过能力的准确性。　　3)通过LBM模拟了液态水在多孔电极内的跨尺度跨界面传输现象。CL内液态水从CL流向GC内排出的过程表明疏水的MPL不仅降低内部的液态水含量，而且使MPL/GDL界面液态水覆盖率维持较低的水平，这有利于反应气体的传输;另外有裂纹的MPL有利于排水，能够大大降低MPL内的液态水含量以及MPL/GDL界面的液态水突破点和覆盖率。　　4)研究了水在多孔层内相变过程。在简化的PEMFC电极内采用LBM模拟了反应产物水蒸汽冷凝和液态水的积累过程。探讨了不同温差、材料的属性条件对水蒸气从CL生成并向外扩散过程中冷凝与液态水流动的影响，结果发现水蒸气冷凝位置与温差有一定联系，PTFE含量与分布、疏水/亲水集流体对水蒸气冷凝位置以及液态水在GDL内部、MPL/GDL、GDL/GC界面处的动力学行为都有影响。　　5)用流体体积法(Volume of fluid,VOF)对液态水滴在GC内的动力学行为进行模拟研究，探讨了不同空气吹扫速度、GDL表面疏水性、GDL表面拓扑形态等参数对液滴变形以及运动的影响，结果表明气流速度大小与GDL表面疏水性对液态水滴的脱离、跃离有重要影响;在GDL表面人工开槽能够减少液态水滴与GDL表面的接触，有利于脱离、跃离GDL表面;对阳极液态水滴吹扫的模拟结果来看，由于H2密度与粘度太小，基本吹不动液态水滴，即液态水滴基本不受到吹扫的影响，因此推测阳极流道内液态水很可能会出现柱状流或膜状流。