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人类及社会的发展离不开能源,目前基于化石燃料的能源利用方式不仅转化效率低、浪费资源,还会不可避免的产生大量有害气体,严重污染环境。直接甲醇燃料电池（简称DMFC）因原料丰富、工作温度低、理论比能量高、环境友好和使用安全等特点有着良好的应用前景。然而,DMFC在实现大规模商业化的进程上仍然存在甲醇穿透、阳极CO2管理和阴极水管理等方面的技术挑战。因此,本课题将以主动式DMFC和被动式DMFC单电池为研究主体,根据各自特点,进行基于流场优化的产物管理可视化研究。在传统直角蛇形流场基础上,改进出圆角蛇形流场和渐扩蛇形流场,对主动式DMFC电池性能、阳极气泡行为和压降特性以及阴极水行为进行探究,重点分析改进型流场对产物管理优化的影响规律和作用机制。相比直角流场,圆角流场更有利于气泡快速、平稳的排放,渐扩流场则有利于降低流场中压降振幅和均值,并获得较高的电池性能,改进流场电池性能最高提升18.9%,压降振幅最大降低25%,压降均值最大降低5.6%。在常见拉伸网基础上,设计出三维多孔鱼鳞状结构流场,主要探究了流场结构参数与装配模式对电池性能、阳极气泡行为和阴极水行为的影响规律,重点分析了其装配模式对两极两相流行为的作用机制。在低甲醇浓度下,新型流场电池性能相比于传统穿孔式流场提升21.5%。阳极和阴极分别使用装配模式BU和BL时有利于气泡和水滴的排放,获得最高电池性能15.4mW·cm-2,相比于最差的装配模式,电池性能提升17.1%。在三维鱼鳞状流场阴极水行为研究基础上,模拟DMFC半电池,设计无电极的半电池可视化测试装置,对流场肋下水输运通道形成过程进行可视化研究,通过使用吸水棉、合适的供水流量和竖直的纹理方向对水输运通道形态进一步优化后,水输运通道整体面积减少一半左右,被堵塞网孔数从13个减少到2个,为被动式DMFC阴极水管理提供新的管理思路与策略。