液體晃蕩（Sloshing）是工程設(shè)計(jì)中不容忽視的一個(gè)問題，例如賽車油箱吸油點(diǎn)布置，海浪中LNG船的結(jié)構(gòu)安全，以及地震條件下液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆內(nèi)動(dòng)載荷分析等等。一個(gè)部分填充液體的容器在運(yùn)動(dòng)條件下，其內(nèi)部液體晃動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)壓力會(huì)影響到容器本身的穩(wěn)定性和完整性。CFD作為一種快速發(fā)展的技術(shù)，已經(jīng)被廣泛用于大型工程設(shè)計(jì)中的晃蕩分析。

LNG船的運(yùn)輸容器體積龐大，可以達(dá)到26萬立方米，如此大量的液化天然氣在船體受到海洋條件影響時(shí)，其晃動(dòng)對船體的反作用是工程設(shè)計(jì)必須考慮的問題。在核能領(lǐng)域，LBE或鉛等密度很大的液態(tài)金屬冷卻劑在地震條件下會(huì)與壓力容器產(chǎn)生相互作用，晃動(dòng)的液態(tài)金屬在堆內(nèi)構(gòu)件上會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)載荷。這種動(dòng)載荷的大小與地震的頻率和幅度，以及反應(yīng)堆內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都有關(guān)。LNG船和LBE堆都是大型工程容器，在晃蕩條件下最核心的工程問題是容器內(nèi)部的動(dòng)態(tài)壓力載荷。

采用先進(jìn)的粒子法仿真軟件shonDy，只需要簡單地導(dǎo)入容器的幾何模型，以及流體的初始區(qū)域，然后輸入容器隨時(shí)間的位移速度和旋轉(zhuǎn)角速度等，就可以快速啟動(dòng)計(jì)算了。無需網(wǎng)格劃分和VOF模型。拉格朗日體系下運(yùn)動(dòng)的粒子天然地模擬流體的自由界面。在三維空間中，容器的運(yùn)動(dòng)和流體的晃蕩更加接近真實(shí)物理現(xiàn)象。

為了驗(yàn)證shonDy軟件的準(zhǔn)確性，A. Souto-Iglesias (2011)所開展的SPHERIC實(shí)驗(yàn)被用作Benchmark算例。在該實(shí)驗(yàn)中，矩形實(shí)驗(yàn)容器部分填充染色的液體，容器以底部中心點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸左右搖擺，其轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為正弦曲線，最大旋轉(zhuǎn)角度振幅為6度。實(shí)驗(yàn)容器的側(cè)壁和頂部多個(gè)位置都安裝了壓力探測器，記錄壁面壓力隨時(shí)間的變化。

shonDy計(jì)算的波浪形狀與實(shí)驗(yàn)照片的對比

shonDy計(jì)算的動(dòng)態(tài)壓力載荷與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比

計(jì)算結(jié)果表明shonDy軟件可以準(zhǔn)確獲得晃蕩條件下液體的自由界面和動(dòng)態(tài)載荷。下面是兩個(gè)shonDy工程應(yīng)用的展示：

LNG船內(nèi)液體晃蕩

LBE冷卻劑的晃蕩

LBE反應(yīng)堆內(nèi)壓力場（粒子數(shù)超過6百萬）

最后需要補(bǔ)充的是，CFD雖然足夠先進(jìn)，但是對于存在氣液相變的復(fù)雜問題，目前仍然需要采用實(shí)驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方法。