安全壳的体积很大，一个大型压水堆的安全壳内部空间高度约为60 m，直径近40 m。在正常运行工况下，安全壳内的气压接近于常压。而在失水事故发生以后，一回路排出大量的高温高压冷却剂，可能使安全壳超温超压。温度的升高还会使安全壳内的结构体产生热应力。因此在失水事故的分析中，要求计算安全壳内气体的压力和温度。

最简单的安全壳是“全压式”安全壳。在这种安全壳中，从一回路排放出来的高温高压冷却剂可以认为是直接膨胀到整个空间，而没有任何降压措施。下面用一种保守的方法来估算在这种安全壳中可能产生的最大压力。这种方法的基本假设是：处于一回路内的全部冷却剂瞬时排放出来，立即蒸发汽化后，与安全壳内的空气均匀混合，达到一种热力学平衡状态。瞬时混合的过程是绝热的，而且没有做功，所以混合前后热力学能相等，即

式中 M——一回路冷却剂的总质量，kg；

m——安全壳中空气的总质量，kg；

uf1，uf2——分别为冷却剂喷放前后的初始比热力学能和与空气均匀混合后的比热力学能，J/kg；

ug1，ug2——分别为安全壳中空气的初始比热力学能和与蒸汽均匀混合后的比热力学能，J/kg。

空气的特性与理想气体几乎相同，其状态参数可按理想气体的状态方程计算，因而

式中 pv1——安全壳内的初始空气压力，Pa；

Vv——安全壳内的有效容积，即安全壳内自由空间的容积，m3；

Tv1——空气的初始温度，℃；

R——气体常数，

Mg——空气的相对分子质量。

若混合气体的终温是Tvg，则

式中 cV——空气的定容比热容，J/（kg·℃）。

利用上述关系，可得到

另外，还可以写出

式中 Vp——一回路系统的总容积，m3；

——冷却剂的初始平均密度，kg/m3；(www.daowen.com)

ufs——冷却剂在安全壳内膨胀后的饱和液体比热力学能，J/kg；

x——冷却剂降压蒸发后的含汽量；

vgs，2——在终态蒸汽压力下饱和蒸汽的比体积，m3/kg。

将式（6-122）、式（6-123）和式（6-124）代入式（6-121），经整理后可得

如果已知一回路冷却剂和安全壳内的初始参数，并已知安全壳的有效容积和一回路的容积，那么就可以利用式（6-128）确定混合后的状态参数。或者如果要求混合后达到某个终态，也可利用式（6-128）求出所需要的安全壳有效容积和一回路系统容积之比，式中蒸汽的终态参数有Tv2，ufs，hfg，2和vgs，2等4个，它们之间的关系不是一种简单的显函数，而通常是用参数表或物性关系式表达出来的，因而在用式（6-128）求解终态参数时需要迭代。例如，为计算达到某个终态压力pt所需要的安全壳有效容积，我们可以先假设一个终态蒸汽分压力pg，由此查表可确定出对应于该压力的饱和温度，即混合气体的终态温度Tv2。此时安全壳总压力由式（6.129）计算：

若计算出的p′t与所要求的终态压力pt不符，则需重新选择pg；若相符，则可按该压力查表得出状态参数hfg，2，hfs，2，vfs，2和vgs，2，并利用关系ufs=hfs，2-pvfs，2计算出ufs。　将这些参数代入式（6-129），即可求出所需要的安全壳有效容积比。

上述方法只能用来粗略地估算失水事故后安全壳内的最大压力。若要详细计算事故期间安全壳压力随时间的变化，还需要考虑许多因素，列出更完善的方程。所需进一步考虑的主要因素有：

①回路内的水不会在一瞬间全部喷放到安全壳中去。因此需要求出冷却剂从一回路排出的速度，确定一回路向安全壳释放能量随时间的变化。在释放的能量中，还应该包括二回路通过蒸汽发生器传到一回路的热量。

②在失水事故过程中，安全壳喷淋系统喷淋的冷却水对安全壳空间起降温降压作用。

③安全壳内的气体与壳壁和壳内的结构体之间存在传热过程，高温的结构体放出热量，低温的结构体和壳壁吸收热量。

④安全壳内可能积存氢气，它的燃烧和爆炸会放出热量。

【例6-4】 某压水堆一回路系统内的初始压力为pp1=15 MPa，冷却剂平均温度为310℃，安全壳内的初始压力为pv1=0.09 MPa，温度为Tv1=50℃。要求在冷却剂从一回路全部排出后安全壳内的压力pt不超过0.35 MPa，试求安全壳有效容积与一回路系统容积之比。

解 由热物性表可以查出初始状态下水的比焓hf1=1.39×106 J/kg，比体积vf1=1.42×10-3m3/kg，空气的比定容热容cV=0.715×103 J/kg，水的热力学能为

假设蒸汽的终压力p′g=0.196 MPa，对应的饱和温度为Tv2=119.6℃，根据式（6.129），得到此时的总压力为

该压力小于指定压力0.35 MPa，所以需要重新假设一个较大的蒸汽分压进行计算。经试算选定，pg=0.24 MPa时壳内总压力pt=0.35 MPa，满足条件。按pg查出物性为Tv2=125℃，hfg，2=2 188×103 J/kg，hfs，2=525×103 J/kg，vgs，2=0.780 m3/kg，饱和水的比焓近似等于它的热力学能，因而ufs=523×103 J/kg。空气的相对分子质量M≈28.8。利用上述数据代入式（6-128）进行计算，该式的分母为

因而