凌国灿最早开创并推动了国内钝体分离流及粘性旋涡动力学的基础研究。他与合作者应用高级离散涡数值模型，并进一步提出区域分解涡———有限差分杂交数值方法以及另外一些高精度数值方法，数值研究了多种复杂流动中柱体的旋涡脱落和流态演化，在钝体尾迹旋涡流动、不稳定性及动力学的理论规律探索方面作出许多重要原创性的贡献，也为高雷诺数钝体粘性分离旋涡流动的数值求解开创了新的理论方法，其前期的研究成果已获得了中国科学院重大科技成果二等奖。与美国纽约大学库朗数学所科学家合作，提出并建立了地转涡的结构与运动新的理论，利用奇异摄动理论匹配渐进展开及双时间尺度分析揭示了地转涡具有粘性涡核的双层渐近结构及周期性摆动等一系列新的运动规律，形成了分析大尺度旋涡结构与运动的严格而系统的数学力学方法。此项研究获中国科学院自然科学二等奖。

　　近期凌国灿承担国家重点基础研究发展规划项目＜大规模科学计算研究＞负责〈复杂流动的高精度计算〉二级课题，在柱体尾迹三维转捩与湍流转捩的非线性特征与动力学方面发现了重要的新的物理现象和规律，他开拓了非线性波动中旋涡位错的数值研究工作，首次用直接数值模拟揭示了尾迹型剪切流中的旋涡位错和动力学过程，并证实了流动通过旋涡位错引发空间不规则性并向湍流发展的新的动力学机制。他与合作者自行研制了具有高品质，低湍流度的水洞实验装置与相应的测试系统，形成国内开展流体力学基础研究与流动控制的一个实验研究基地并获得国家专利。

　　凌国灿上述研究是我国非线性力学基础研究主要方向之一，他多年来承担中国科学院重点基础研究项目并得到国家基金委、国家科技部的持续支持，有广泛和活跃的国际合作交流，先后培养和指导多位博士、硕士及博士后，形成一支高素质基础科研队伍。