课题组主要针对颗粒态物质及相关多相流体系的力学、流动、传递和反应行为，采用分子动力学、离散单元法、计算流体力学等数值模拟方法，围绕以下主要研究领域和方向展开基础和应用研究：

　　从原子/分子水平认识物质的结构及转化过程，有助于材料的开发和性能的提高。课题组通过分子模拟（量子化学计算与分子动力学模拟）研究燃料转化过程中涉及的化学反应过程，催化体系中分子的吸附传输及催化机理，材料的电子性质、力学响应及力-热-化学耦合等问题，从微观结构的改变探索材料的物理和化学性质变化的底层原因，进而指导燃料转化过程的调控和新材料的设计与开发。

 

　　各种脆性材料的开发过程中，往往会面临材料功能性与力学性难以同时兼顾的问题。以固体催化剂为例，其空隙率的提高通常有利于其催化反应性能，但会降低其力学强度。课题组基于分子动力学、离散单元法等不同的数值模拟方法和手段，从微观结构调控角度认识和刻画脆性材料微介观结构与其宏观力学性能之间的联系，探索其功能性与力学性的最佳匹配，进而指导其结构设计与开发。

 

　　颗粒物料在自然界和各种过程工业中广泛存在。由于其离散性、耗散性以及强非线性耦合特征，颗粒物质可呈现极其复杂的宏观响应行为，其流变本构行为的普适性理论描述还尚待建立。课题组基于离散模拟、连续介质模拟、实验测量等不同研究方法和手段，围绕颗粒物质流变行为的统计特征、底层机制等基础性问题，以及涉及颗粒物料单元装置的设计、优化和放大等工程性问题，展开基础和应用两方面的研究。

 

　　气固、液固等两相流体系在各种过程工业中广泛存在，深入认识气/液-固相间作用及相内传递反应特性等，是设计、优化和放大相关多相流装置的基础。课题组基于颗粒解析CFD、颗粒轨道、双流体等不同解析精度数值模拟方法，针对水悬浮造粒、爆炸抛洒燃烧、催化/热化学转化等不同应用场景，围绕流动、传递和反应基础和工程问题展开多尺度数值模拟研究，以支撑和指导相关多相流装置的设计优化和放大。