In-vessel Loss of Coolant Accident (LOCA) is one of the fundamental design-basis accidents that must be considered in the design phase of the China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR). If high-temperature coolant leaks into the Vacuum Vessel (VV), a flashing jet is formed, leading to localized pressure and temperature peaks. As the VV serves as a primary barrier for radioactive protection, these peaks may pose significant challenges to its integrity. In this study, a three-dimensional simulation model of the CFETR VV is developed to analyze the evolution of flow, pressure, and temperature fields during an in-vessel LOCA. The study investigates the structural evolution of the highly under-expanded jet and its impact on pressure and temperature dynamics. The results indicate that the pressure at the jet impact surface is significantly higher than at other locations within the VV. Comparisons of temperature and pressure variations at different monitoring points reveal that if the bursting valve is positioned at the furthest location, the pressure at the jet impingement surface may reach the VV’s pressure limit before the VV Pressure Suppression System is activated, as determined using the lumped-parameter analysis method. Additionally, temperature rises caused by gas compression at wave crossings pose challenges to the VV material’s thermal limits. Furthermore, a simulation with a larger breakage size of the First Wall coolant pipes is conducted. The findings show that with increased breakage size, the under-expanded jet evolves more rapidly, pressure inside the VV rises more quickly, and the VV reaches its pressure limit sooner. Moreover, localized temperature spikes exceeding material limits are triggered by the convergence of jet-induced compression waves.
容器内冷却材喪失事故（LOCA）は、中国核融合工学試験炉（CFETR）の設計段階で考慮しなければならない基本設計基準事故の一つである。高温冷却材が真空容器（VV）内に漏洩すると、フラッシングジェットが形成され、局所的な圧力および温度のピークが生じる。VVは放射性防護のための第一の障壁として機能するため、これらのピークはその健全性に重大な課題を提起する可能性がある。本研究では、容器内LOCA中の流れ、圧力、および温度場の進展を解析するために、CFETR VVの三次元シミュレーションモデルを開発した。本研究では、高度に不足膨張したジェットの構造進展と、圧力および温度の動的挙動への影響を調査した。結果は、ジェット衝突面での圧力がVV内の他の位置よりも有意に高いことを示している。異なるモニタリングポイントでの温度および圧力の変動の比較により、バースト弁が最も遠い位置に配置されている場合、集中パラメータ解析法により決定されるVVの圧力限界に、ジェット衝突面の圧力がVV圧力抑制システムの作動前に達する可能性があることが明らかになる。さらに、波の交差におけるガス圧縮によって引き起こされる温度上昇は、VV材料の熱的限界に課題を提起する。さらに、第一壁冷却管のより大きな破断サイズを用いたシミュレーションを実施した。その結果、破断サイズが大きくなると、不足膨張ジェットがより急速に進展し、VV内の圧力がより速く上昇し、VVがより早く圧力限界に達することが示された。さらに、ジェット誘起圧縮波の収束によって、材料限界を超える局所的な温度スパイクが引き起こされる。