The dry out criterion (MCPR) has been calculated for the most limiting H2-events for Forsmarks unit 2 and 3, at operating points that are normally not analyzed before each cycle. The operating points that normally are regarded as the ones with the lowest margin to dry out are the ones where the thermal power is the highest at agiven recirculation flow. This report shows that this is not the case for Forsmark 3. MCPR-values at partial power operating points are higher for the limiting case inside rather than on the boundary of the region of operation. It is therefore recommended that the method for determining the dry out criterion for Forsmark 3 is revised to account for this effect. It is recommended that the number of operating points studied is increased or that a conservative value is established of how large the effect of operating point can have on MCPR. This conclusion does not, however, apply to Forsmark 2 where the most limiting case has its largest MCPR-values at the boundary. The effect on MCPR of changing the A/B- and scram-runback ramps of the recirculation pumps for Forsmark 3 has also been calculated. The alternative rampused was found to give a decrease in the MCPR value between about 20-30 units, depending on fuel type, at partial power operation. The full power limit would not change because the most limiting case at full power is not dependent on the runback ramp of the recirculation pumps.

Transient analyses at Forsmark nuclear power plant are currently performed using realistic computer models in conjunction with conservative estimates of initial- and boundary conditions. This is known as the combined methodology. Due to the conservative estimates, the methodology runs the risk of sometimes over-estimating certain safety criteria which will negatively affect the optimization of reactor operation. The Best Estimate Plus Uncertainty (BEPU) methodology can provide higher safety margins by using probabilities instead of conservatisms when estimating initial and boundary conditions. The BEPU methodology applies a Monte Carlo method to assess the distribution of one or several key outputs. This study focuses on the lowest dryout margin achieved during each Monte Carlo simulation. The tolerance limits of the output are set with the help of Wilks formula using a one-sided 95% tolerance limit with 95% confidence. A total of 36 unique parameters describing initial and boundary conditions have been sampled for each Monte Carlo simulation. The parameters have been sampled using either Gaussian or Uniform distribution functions. The random nature of the Monte Carlo simulations has uncovered alternative event sequences and end states that are not seen in the combined methodology. Assessing the choice of order statistic in Wilks formula also concludes that there are diminishing returns the higher the order statistic is. When choosing the order statistic, one should consider the trade-off between an increased accuracy in the estimated outputs and the increased computational time required. The conservative methodology uses a mix of conservative and nominal estimations of key parameters. The difference in dryout margin between the conservative and the Monte Carlo results should therefore not be used to draw a conclusion about which methodology out-performs the other. While the Monte Carlo simulations do not result in an improved core optimization, they can act as a complement to the combined methodology by providing a more detailed analysis of possible event pathways for a postulated transient.

Switches and crossings are vital components of the railway network. Obstacles to the smooth functioning of these components could result in delays and network traffic. Given the geographical location of Sweden, snow is one of the major obstacles for the switches. The presence and hardening of snow act as an obstacle to the movement of the switch rail, thus hindering its function. Electrically heated switches melt and clear the snow for movement of the switch rail. They typically operate at a power level of 10 kW–30 kW. With 6800 switches operational in Sweden, the potential for energy savings is huge. This master thesis intends to investigate the possibility of reducing energy consumption through insulating a side of the rail. To achieve that, a comprehensive transient conjugate heat transfer analysis is carried out using CFD simulations. The initial refinement of the measured data highlighted the uncertainties in them, and which shaped the course of the thesis. The analysis of these uncertainties gave critical insights and led to useful recommendations for future work. The fluid-solid interactions between the rail and flow of air and their impact on transient heat loss have been analyzed to gain critical insights regarding the choice of side of implementation of insulation. The validation of the model at lower electrical power levels threw light on the dire requirement of numerical modeling of snow melting, which happens at the higher power levels of the heating element. One of the critical observations made after the implementation of the insulation is the reduction in the temperature of the heating element, which leads us to conclude that the insulation not only saves energy but also prolongs the life of the heating element by reducing thermal fatigue. / Växlar och korsningar är viktiga komponenter i järnvägsnätet. Om dessa komponenter inte fungerar smidigt kan det resultera i förseningar och avbruten nätverkstrafik. Med tanke på Sveriges geografiska läge är snö ett av de största hindren för växlarna. Snö och hårt packad snö kan hindra spårväxelns rörelse och funktion. Elektriskt uppvärmda spårväxlar smälter bort snön så att spårväxeln kan fungera. Spårväxlarna har vanligtvis en effektnivå på 10 kW - 30 kW. Med 6 800 växlar i drift i Sverige är potentialen för energibesparingar är enorm. Denna masteruppsats syftar till att undersöka möjligheten att minska energiförbrukningen genom att isolera en sida av rälsen. För att uppnå detta utförs en omfattande transient konjugerad värmeöverföringsanalys med hjälp av CFD-simuleringar. Den inledande dataförädlingen av mätdata belyste osäkerheterna i datan vilket formade det fortsatta arbetet med avhandlingen. Analysen av dessa osäkerheter gav kritiska insikter och användbara rekommendationer för framtida arbete. Fluid - solid-interaktionerna mellan skenan och luftflödet och deras inverkan på den transienta värmeförlusten har analyserats för att få kritiska insikter om valet av sida för isolering. Valideringen av modellen vid lägre effektnivåer kastade ljus över det akuta behovet av numerisk modellering av snösmältningen som sker vid värmeelementets högre effektnivåer. En av de kritiska observationerna som gjordes efter implementeringen av isoleringen är minskningen av värmeelementets temperatur, vilket drar slutsatsen att isoleringen inte bara sparar energiförbrukningen utan också förlänger elementets livslängd genom att minska den termiska utmattningen.

Trafikverket operates about 12000 Switches and crossings (SnCs) of which 6800 are equipped with an electrical heating system of 10−30kW power to keep SnCs functional throughout the winters by keeping them free of Snow/Ice. The energy consumption is approximately 200−130GWh/year costing approximately 10−15 million Euros annually. Electricity demand is continuously rising in Sweden and if coupled with unpredictable events can highly impact the grid energy mix and electricity prices which can lead to a higher operating carbon footprint & expenses. This master thesis work is developed through a couple of research programs to investigate the power usage in wayside objects. Currently, work is in progress to make the wayside objects ‘smart’ so that they can operate fully autonomously with two objectives to reduce the overall power consumption and obtain it from local energy resources. Mathematical modeling of unsteady close contact melting of rectangular Ice/Snow blocks of different volumes on the horizontal surfaces has been solved using numerical methods to calculate the melting time and power requirement. A parametric study has been done for various sizes, and initial & hot surface temperatures. Further, using ANSYS Fluent, CFD simulations have been performed to calculate the heat transfer rate from the Rail body for various combinations of heat source & ambient temperature, and wind speeds. These results shall help to devise a control strategy for the dynamic power supply which can help to optimize the power consumption. Finally, evaluating the renewable resources potential; ground source heat pumps using borehole U-pipes appear to be the best option which can drastically reduce the electricity requirement for the optimized heating power requirement. Most of Sweden has granite bedrock which is one of the reasons for the successful deployment of heat pumps. It’s definitely worth expanding its usage in other sectors as well like Railways. / Trafikverket driver cirka 12 000 spårväxlar och spårkorsningar varav 6 800 är utrustade med ett elektriskt värmesystem på 10 - 30kW effekt för att hålla växlar och korsningar funktionella under hela vintrarna genom att hålla dem fria från snö/is. Energiförbrukningen är cirka 200-130 GW h/år och kostar cirka 10-15 miljoner euro per år. Efterfrågan på el ökar kontinuerligt i Sverige och kan i kombination med oförutsägbara händelser i hög grad påverka nätets energimix och elpris vilket i sin tur kan leda till ett högre koldioxidavtryck och högre driftskostnader. Detta examensarbete utvecklades genom ett par forskningsprogram med fokus på strömförbrukningen i järnvägssystemet. Just nu pågår ett arbete med att göra järnvägssystemet "smart" så att det kan fungera helt automatiskt med två mål: att minska den totala energiförbrukningen och få den från lokala energiresurser. Kontaktsmältning av rektangulärt is/snö-block av olika volymer på horisontella ytor har lösts med hjälp av numeriska metoder för att beräkna smälttid och effektbehov. En parametrisk studie har gjorts för olika storlekar och initiala och varma yttemperaturer. Vidare, med hjälp av ANSYS Fluent, har CFD-simuleringar utförts för att beräkna värmeöverföringshastighet från järnvägsspåret för olika kombinationer av värmekälla och omgivning temperatur och vindhastigheter. Dessa resultat ska bidra till att utforma en styrstrategi för den dynamiska strömförsörjningen som kan bidra till att optimera strömförbrukningen. Slutligen, för att utvärdera potentialen för förnybara resurser, verkar bergvärmepumpar som använder borrhåls U-rör vara det bästa alternativet som drastiskt kan minska elbehovet för det optimerade värmeeffektbehovet. Större delen av Sverige har berggrund av granit vilket är en av anledningarna till den framgångsrika utbyggnaden av värmepumpar. Det är definitivt värt att utöka användningen i andra sektorer också som järnvägar.