张国藩是我国较早从事流体力学，特别是湍流理论研究的著名学者之一。
1931年到1933年，在美国康乃尔大学攻读硕士学位期间，主要研究分子物理学和原子物理学，他的一篇论文《用膨胀系数与压缩系数求原子半径》，于1936年在美国的《化学物理杂志》上发表[6]。论文所提出的求原子半径的理论与方法，在当时是独创的，对这方面的研究起了推动作用。同年，在上海《沪江大学学报》发表论文《用膨胀系数和压缩系数求分子半径》。
1935年以后，张国藩主要从事于流体力学的湍流理论和应用方面的研究。他坚持，对于流体力学的湍流现象，不能用“N—S方程”（纳维尔——斯托克斯方程）来解决，必须从湍流的物理本质方面进行研究，建立新的方程。从这一见解出发，他早期的研究主要是探讨一些与湍流有密切关系的流体力学问题。1935年他在美国爱阿瓦大学的博士论文《落体降落到一流体中之后的状况及对湍流的影响[7]，是最早对单体被流体挟带的相互效应所作的研究。1956年，美国F·A·Zenz和D.F·Othmer所著《F luid ization and F luid-Partic le Systems》[8]一书中，对张国藩这一研究成果给予很高的评价，认为直到现在这方面的研究仍很不充分。
1942年，张国藩从流体力学的观点，分析了风挟沙的运动，提出《我国北部沙漠之南移问题》[9]一文。对沙漠在风力作用下的扩大，提出了科学的依据，并呼吁对此进行控制和治理。
1948年以后，张国藩主要在湍流的基本理论方面进行研究。他的论文《湍流的热性理论》[10]把湍流与分子热运动进行比拟，提出湍流温度的比拟概念，并对某些问题进行了计算，得到了与实验符合的结果。这篇论文曾被英国剑桥大学研究湍流的国际著名学者G.K.Batcheler在他的名著《The Theory of Homogeous Turbu lence》一书中引用。(www.xing528.com)
六十年代初期，张国藩发表论文《一种湍流运动方式》[11]、《试用量子统计法求湍流能谱分布式》[12]，以及《关于湍流阻力问题》[13]等。这些论文，从各种角度继续论证N—S方程不能用于湍流；同时提出自己的方程和解，形成了有创见的学术观点。目前，国外有不少学者认为：湍流已经研究了近一个世纪，但是，还没有一个通用的一般的方法去解决湍流问题。湍流方程（指N—S方程）不能给出湍流的经历，只有根据实验建立物理概念，才能架起方程与真实流动之间的桥梁。这种观点显然与张国藩在三十几年前提出的看法相似。遗憾的是，他已经不可能继续在这方面工作了。
此外，张国藩结合物理学与流体力学的研究，在应用数学方面也有不少成果。例如，1948年发表在美国《富兰克林学院杂志》上的论文《改良皮卡氏之近似法求解微分方程式》，以及《用近似法解普朗特边层公式》[14]、《应用关联系数时所应当注意的几个问题》[15]、《解偏微分方程的一种近似法——系数法》[16]等，对常微分方程和偏微分方程的近似解，都有所创建。
张国藩对湍流理论的研究持续近三十年，即使在解放后担任繁重的行政领导职务，参加了较多的社会政治活动，仍然利用一切可以利用的时间，孜孜不倦地进行研究和探索。由于湍流理论是一个十分复杂的问题，张国藩虽然形成自己一套独特的学术观点，终未能达到重大的突破。学术界对他的严肃的科学态度，坚持不懈的献身精神，交口赞誉。钱伟长教授说：“张国藩同志是一位诚实的科学家。认真，勤奋，在湍流理论方面做了大量的工作，受到同代人的敬佩，堪为年青人的楷模。”
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