课题组从80年代初即致力于复杂多相系统的多尺度方法研究。首先为描述气固流态化系统中的团聚物行为提出了能量最小多尺度（Energy Minimization Multi-Scale,EMMS）模型，然后逐步推广到湍流、气液及气液固等系统。同时为验证EMMS模型的正确性，提出了物理离散的拟颗粒模拟（Pseudo-Particle Modeling, PPM），以深入研究多相系统的底层机理。最终采用PPM验证了EMMS中的稳定性条件，并初步确定了其适用范围。将该EMMS模型的思想应用于对颗粒流、乳液、微流动等系统的探索，归纳共性规律，我们逐步建立了对复杂系统具有普遍性的极值多尺度（Multi-Objective Variational,MOV）方法。应用该方法，在解决工业界实际问题的同时，发展了多尺度并行计算的软件和硬件，提出了以问题、模型、软件和硬件结构相似为特征的高性能并行计算模式--EMMS Paradigm，展现了实现虚拟过程工程（Virtual Process Engineering,VPE）的希望。目前已为中石化、中石油、宝钢、壳牌、道达尔、通用电器、联合利华、必和必拓、阿尔斯通等9家世界500强企业的研发工作提供模拟合作。同时工业应用的发展又促进我们认识到多尺度系统中介尺度结构的重要性和普遍性，并将介尺度科学（Meso-Science）确立为未来基础研究的核心。

    课题组的研究领域包括：气固两相流、颗粒流、单相流、气液系统、材料、高分子与生物体系、多孔介质和渗流。课题组以应用为导向，坚持基础与应用并举，重点开展如下几方面的研究：

• 过程工业中复杂系统的机理与建模方法研究，重点是多尺度结构的表征、自组织、突变和临界现象的控制机制，系统稳定性条件的发现与表述，以介尺度为核心的跨尺度关联模型的建立。
• 基础算法与模拟方法的研究，包括各种离散粒子方法改进与集成，以及新方法的提出和建立，基于介尺度结构的连续介质模型的建立与完善，复杂系统优化算法的改进，上述方法的高效大规模并行计算与耦合方法，并行可视化及其与计算的耦合。
• 通用软硬件平台的开发，包括粒子、格子与网格数值方法与优化算法各自特点的共性算法框架的建立，以及不同框架间的耦合；算例描述与初始生成系统、数据处理分析与可视化系统的建立；高效粒子搜索、高效动态负载平衡、高效稀疏矩阵处理等技术难点的突破等。
• 面向多尺度模拟软件系统的高效能计算芯片设计的前期研究与高性能计算系统的建立，重点是针对离散和连续模拟特点的可重构计算单元设计，存储/计算/通信的协调与优化。
• 模拟数据获取与结果验证系统的研究与开发，包括PIV、CT/ECT/ERT、NMR等测量技术的改进与集成，通过测量-计算-存储-显示-控制等系统的耦合以及多种测量手段的同时耦合，实现原位、实时、大视场、无干扰的高精度高分辨率测量。 

    在应用开发上，课题组致力于以下方面的应用：

• 模拟系统的工程应用，通过与过程研发单位或企业的合作，在煤炭、石油、石化、钢铁、新能源等重要领域，对工艺设计、过程放大、运行控制等全过程采用大规模模拟技术，开发系统创新的有自主知识产权的新工艺及其关键装备，取得可观的经济效益。煤炭、石化行业若干重大工艺应用的虚拟工厂。如：DMTO、FT合成、气化等工艺的全流程分析和系统集成、核心反应器构体、显示等功能的专用软件化、仿真机调试、制造及虚拟工厂专用软件的调试及运行。
• 建设验证性实验平台。针对典型的重大应用工艺过程，建设虚拟和实验平台，实现实际和虚拟装置运行状态基本同步的数字化定量控制；多相复杂流动结构及装置内流动与传递过程三维准实时的高精度测量与显示。为工艺装置运行的在线优化、事故预警与分析和操作人员培训等提供手段和指导性原则。