研究领域为“流-固耦合数学建模以及在岩土工程的应用”以及“颗粒-流体系统的模拟和优化”，其中颗粒是人类处理的仅次于水的第二大物质，“颗粒系统的动力学描述”是2005年《科学》杂志的125个筮待解决的科学问题之一。颗粒-流体系统广泛见于土木、能源、环保、医药、化工、航天、海洋工程、材料、冶金、矿物加工、农业和食品加工等行业。数值模拟方法成为一种越来越重要的研究方法。例如，哈佛大学Martin Karplus等教授用分子动力学数值模拟方法把化学实验室搬入计算机，获得2013年诺贝尔化学奖。

针对“复杂颗粒-流体系统的数学建模和机理研究”这个科学问题，开发了全球首个任意大型复杂颗粒-流体系统的耦合的计算流体动力学和离散单元法 （CFD-DEM）数学模型来通用地研究不同颗粒-流体系统的内在运行机理，并用于解决15个实际工业问题。在领域内开展了大量的开创性工作，共发表SCI期刊和国际会议论文80余篇，其中SCI核心合集收录45篇（按中科院分区：2区和1区期刊37篇）。SCI核心合集他引数1772次，H指数21，包括3篇（第一作者）“Most Cited Articles（高引用论文）”和7篇（第一作者）“TOP25 Hottest Articles（热点论文）”。在CFD-DEM领域的SCI论文数在2019年之前曾长期排名世界第二（现排第六，以第一作者记排名世界第一）。

研究成果被浙江大学岑可法院士评价为“Significant advancement（重大进展）”、美国犹他大学Rajamani教授评价为“a leap forward（一个跃升）”、美国普林斯顿大学Sundaresan教授评价为“have captured”、中科院李静海院士评价为“highly desirable for both theoretical and engineering purposes（在理论研究和工程应用方面均非常需要）”和德国汉堡科技大学的Heinrich 教授评价为“More advanced strategies（更先进的策略）”。开发的循环流化床专利被国际流化床权威专家、加拿大前清洁能源主席和英属哥伦比亚大学John Grace教授在电子邮件中评价：“may make a significant contribution to the field（可能为炼油工业做出重大贡献）”。专注于推广CFD-DEM主流开源软件OpenFoam-Liggghts的德国EngineeringDo公司（https://www.engineerdo.com）于2020年7月在youtube网站对申请人2008年的研究成果评价到：“You were really ahead of the time（确实领先）.”

        近期贡献是开发了自主可控的粘结颗粒的固结力模型（即岩土工程主流商用软件 PFC 中的 Linear Parallel Bond Model），并开发了固结颗粒的粗粒化离散单元法（Bonded CG DEM）模型。该模型将为含固结颗粒的大型颗粒-流体系统（如岩土体流-固耦合、固体火箭药柱燃烧、增材制造、制药等）提供一个新的研究手段。例如，该模型被用于研究广东佛山地铁突涌水事故（受到项目负责人河海大学专家以及评审专家的好评）。