中文摘要：

质子交换膜燃料电池的研发是发展氢能源经济的核心，也是解决能源和环境问题的重要组成部分。由于燃料电池结构复杂，使得利用现代实验技术手段研究其内部的传输现象及电化学反应机理变得非常困难，因此数值模拟仿真技术的发展变得非常关键。申请人在质子交换膜燃料电池的模拟仿真领域已经开展了大量的科研工作，并初步开发了一套能够处理各种复杂传输现象的三维模拟仿真软件。在本项目的研究工作中，申请人拟在自己提出的混合区域法的基础上，继续完善其中的两相流动模型。具体研究内容包括1) 建立一个气体扩散层和气道交界面上的水滴覆盖模型并发展相关的计算模拟软件; 2) 建立一个液态水通过质子交换膜的准确传输模型并发展相关的计算模拟软件; 3) 利用已有的实验数据，对计算模拟软件进行充分的实验验证，并将其并行化，从而建立起一套准确高效的三维、多相流、多物理性、并适用于大规模并行计算的质子交换膜燃料电池的模拟仿真软件。

结论摘要：

质子交换膜燃料电池被认为是下一代高效、无污染的汽车发动机，而水管理则是提高质子交换膜燃料电池性能、可靠性及使用寿命的关键影响因素之一。本项目针对质子交换膜燃料电池中液态水的两相传输现象，主要完成了以下研究内容在气体扩散层和气道交界面上的水滴覆盖模型开发方面开展了深入的基础科研工作；建立了一个液态水通过质子交换膜的准确传输模型及相关计算软件模块；初步建立了一套准确高效的多维、多相流、多物理性的质子交换膜燃料电池的模拟仿真软件，并开展了深入的数值模拟仿真研究。本项目虽然已取得了较好的研究成果，但在水滴覆盖模型的构建方面还需进一步开展后续科研工作。本项目目前已发表了7篇SCI收录的学术论文（包括3篇发表在本研究领域的国际顶级期刊上）；项目负责人2次受邀在相关国际会议上做邀请报告；培养2名博士和3名硕士研究生(含在读研究生)。本项目中建立的数值模型和计算软件对质子交换膜燃料电池中的水管理问题的解决及燃料电池性能的优化具有非常重要的意义。