质子交换膜燃料电池3D流场设计及仿真研究文献综述

质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种高效、清洁的能源转换装置，在未来能源结构中具有广阔的应用前景。

然而，PEMFC内部复杂的传质过程，特别是水管理问题，极大地影响着电池的性能和寿命。

三维流场设计优化是提升PEMFC水管理效率、提高电池性能的关键技术之一。

本文首先介绍了PEMFC的基本工作原理、三维流场的作用机制以及数值模拟方法，然后重点综述了近年来国内外在PEMFC三维流场设计方面的研究进展，包括传统流场优化设计、仿生学流场设计、分形流场设计等，并对不同流场设计方案的优缺点进行了比较分析。

最后，对PEMFC三维流场设计的发展趋势进行了展望，指出未来研究应注重多学科交叉融合，发展高效、智能化的流场设计方法，以推动PEMFC技术的进一步发展和商业化应用。

关键词：质子交换膜燃料电池；三维流场；水管理；数值模拟；设计优化

1.1质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）是一种将氢气和氧气的化学能直接转化为电能的电化学装置。

它主要由阳极、阴极、质子交换膜和催化层等部分组成。

工作时，氢气在阳极催化剂的作用下分解成质子和电子，质子穿过质子交换膜到达阴极，而电子则通过外部电路到达阴极，与氧气和质子在阴极催化剂的作用下生成水，并释放出电能。

1.2三维流场三维流场是指燃料电池内部反应气体和冷却剂的流动路径，其结构设计直接影响着反应气体的传输、水的排出以及电池内部的热管理。