随着载人航天技术不断发展,太空探索逐渐向深空领域拓展。中长期载人深空探测需要消耗大量的氧气、水和食物等生命保障物资。开发长期运行稳定、物质循环高度闭合的生命保障系统是实现中长期载人航天飞行需要解决的关键问题之一。静态供水式水电解将膜蒸馏过程与水电解反应耦合起来,通过膜蒸馏产生的水蒸气供应电解反应的消耗,大幅降低对供水水质要求的同时,还无需附属气液分离设备,为太空中零重力环境下载人航天器的氧气补给提供了一条颇有潜力的技术路线。本文提出了一种静态供水式碱性水电解装置的设计方案,通过在液态供水流道进出口处添加矩形空流道,有效改善了供水流动状况,防止由于流道局部未填满水导致有效供水面积不足、系统缺水失稳。本文首次建立了静态供水式碱性水电解的二维多物理场耦合模型,全面了考虑质量、动量、热量和电荷传递及其与电化学反应之间的相互关联,对膜蒸馏过程和水电解反应之间的复杂耦合关系进行了完整的描述。不同供水温度下的极化曲线计算结果与实验数据符合良好。通过模拟得到了系统温度、压力、浓度和通量的分布,据此讨论了各传递过程间的耦合关系。分析了反应活化、浓度极化与欧姆阻抗导致的各部分过电位在总电压中的占比,发现活化过电位中与电解质层的水含量相关联的部分在总电压中比例较高,意味着水的传递对电解性能具有重要影响。着重考察了供水推动力与阻力的变化对电解性能的影响。结果表明,适当地减小水蒸气向阴极传递的距离、增加电解质层KOH含量、增大疏水多孔膜透水性、提高液态供水温度、降低液态供水流率均有利于提高电解性能,但这些影响水的传递的关键参数之间应尽量相互匹配,以确保系统运行于适宜工况下。