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Item Open Access Numerical simulations of soot formation in turbulent flows(2008) Di Domenico, Massimiliano; Gerlinger, Peter (PD Dr.-Ing.)This work deals with the simulation of soot formation phenomena under gasturbine-like conditions. Main goal is the development of a reliable CFD simulation tool able to predict trends of soot formation under different operating conditions. A detailed, finite-rate chemistry combustion model is presented and validated. Since soot particles are the result of thousands of reactions involving hundreds of species, an efficient, new sectional approach for soot precursors and related reactions is chosen in this work. Effects of turbulent fluctuations in temperature and species concentration on the chemical reaction rate are included by employing an assumed Probability Density Function approach. Finally, the simulation of a semi-technical scale burner under gasturbine-like conditions will demonstrate the validity of the developed tools. Although discrepancies with experimental soot particle distributions are observed, numerical simulations are able to reproduce the pressure dependence of the peak soot volume fraction quite well.Item Open Access Entwicklung und Charakterisierung von anodenseitigen Diffusionsbarriereschichten für metallgetragene oxidkeramische Festelektrolyt-Brennstoffzellen(2009) Franco, Thomas; Müller-Steinhagen, Hans (Prof. Dr. Dr.-Ing. habil.)Die Langzeitbeständigkeit einer metallgetragenen SOFC (MSC, „Metall Supported Cell“) wird insbesondere durch thermisch aktivierte Diffusionsprozesse, wie z.B. der anodenseitigen Interdiffusion von Fe, Cr und Ni, limitiert. Während des MSC-Betriebs steht die Nickelphase der Ni/ZrO2-Anode bauartbedingt in di-rektem Kontakt mit der FeCr-Matrix des metallischen Trägersubstrates. Dadurch kann ein di-rekter Stofftransport von Ni aus der Anode in das FeCr-Substrat und vice versa von Fe bzw. Cr aus dem Substrat in die Ni-Matrix der Anode stattfinden. Die damit einhergehenden Gefü-geumwandlungen können zur beschleunigten Zelldegradation bis hin zum völligen Zellversagen führen. Dieser Prozess gilt derzeit als einer der hauptsächlichen Schädigungsmechanis-men bei der metallgetragenen SOFC, den es im Sinne eines angestrebten langzeitstabilen SOFC-Betriebs zu minimieren gilt. Die Integration einer oxidkeramischen Trennschicht, als Diffusionsbarriere (DBL) an der Grenzfläche „Substrat-Anode“, stellt für diesen Zweck nicht nur einen naheliegenden, sondern auch sehr aussichtsreichen Lösungsansatz dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden ausgehend von den hohen Anforderungen, die an eine zusätzliche Diffusionsbarriereschicht im SOFC-Betrieb gestellt werden, systemati-sche SOFC-relevante Untersuchungen zur Qualifizierung geeigneter Materialien durchge-führt. Betrachtet wurden dabei insbesondere unterschiedlich dotierte Perowskite auf Basis von LaCrO3, die mit Hilfe des „Atmosphärischen Plasmaspritzens (APS)“ auf dem metallischen Trägersubstrat appliziert werden können. Durch gezielte Schichtentwicklung mit einigen qua-lifizierten Materialien konnten im Ergebnis plasmagespritzte Barriereschichten entwickelt werden, deren Tauglichkeit im Langzeitbetrieb einer MSC erfolgreich demonstriert werden konnte.Item Open Access Steuerung für redundante Robotersysteme: Benutzer- und aufgabenorientierte Verwendung der Redundanz(2004) Schreiber, Günter; Hirzinger, Gerd (Prof. Dr. Ing.)In Zukunft ist ein großes Marktpotenzial in der maschinellen Bearbeitung von Dienstleistungsaufgaben ("Service Robotik"), wie z.B. zur Unterstützung behinderter oder älterer Menschen, in der Sicherheitstechnik, der Reinigungstechnik, der Raumfahrt, zu erwarten. Dort werden flexibel nutzbare und mit Sensoren ausgestattete Roboter gebraucht, da in diesen apriori unbekannten Umgebungen nicht alles voraus geplant und simuliert werden kann. Für diese Anwendungen werden Roboter benötigt, die leicht sind und dennoch Kraft ausüben können, die effizient und flexibel Kollisionen vermeiden können, die interaktiv auf Menschen reagieren können, während sie ihre Aufgaben verrichten, wie z.B. eine Last halten und dennoch auf Berührung ausweichen. Typischerweise können diese Aufgabenstellungen mit Hilfe von kinematisch redundanten Robotern erfüllt werden, da hier zusätzliche Freiheitsgrade vorhanden sind, mit denen auf variierende Aufgabenstellungen und veränderliche Umwelteinflüsse reagiert werden kann. Zur Nutzung von kinematisch redundanten Robotern wurden bereits viele Algorithmen und Methoden entwickelt. Ausgehend von den am Institut für Robotik und Mechatronik entwickelten Systemen einer neuen Robotergeneration ist es nun möglich, ein Rahmenkonzept zur Nutzung von redundanten Robotern zu schaffen, analog zu früheren Tagen, als Interpolatoren, Kinematik, inverse Kinematik etc. zu Industrierobotersteuerungen zusammengefasst wurden, die damit den Industrierobotern zum Durchbruch verhalfen. Daher wird in dieser Arbeit ein Konzept zur Nutzung und Bedienung kinematisch redundanter Roboter entwickelt. Aufgrund der Tatsache, dass sehr viele verschiedene Verwendungszwecke der kinematischen Redundanz möglich sind, die einander möglicherweise sogar widersprechen, ist die Wahl solcher Verwendungszwecke, Methoden und Algorithmen sehr aufgabenspezifisch. Im ersten Teil der Arbeit werden Algorithmen und Methoden zur Verwendung der kinematischen Redundanz einander gegenübergestellt, aus diesen wird ein weittragender Algorithmus ausgewählt und in der Tiefe untersucht. Dieser wird in vielen verschiedenen Anwendungsfeldern eingesetzt, wie in der Singularitätsbehandlung, verschiedenen Verwendungszwecken der kinematischen Redundanz und der interaktiven intuitiven Verwendung von redundanten Manipulatoren. Im zweiten Teil wird eine Systemarchitektur und eine Benutzerschnittstelle konzipiert, mit der ein Nicht in die Lage versetzt wird, einen kinematisch redundanten Roboter zu bedienen. Eines der Hauptergebnisse aus der Gegenüberstellung der verschiedenen Algorithmen zur Behandlung kinematischer Redundanzen ist, dass es nicht "den Besten" gibt. Daher sollte die Einbettung mehrerer verschiedener Algorithmen in die Systemarchitektur eines ServiceRoboters vorgesehen werden. Ein weiteres Ergebnis ist, dass durch die Wahl von Methoden der "Constraint Optimization" anstelle der weitverbreiteten Moore-Penrose Pseudo Inverse Anforderungen realer Systeme, wie z.B. endliche Gelenkgeschwindigkeiten, leicht eingebettet werden können. Auch die Koordination von hochgradig redundanten mobilen Manipulatoren Nebenbedingungen kann mit solchen konvexen Optimierungsproblemen in Echtzeit behandelt werden. Die Behandlung von Singularitäten nutzt eben diese Ungleichungs-Nebenbedingungen. Die Singularitätsbehandlung wird in dieser Arbeit an nicht-redundanten Industrierobotern untersucht, der Formalismus wird danach auf redundante Manipulatoren ausgedehnt. In der Erweiterung des Formalismus auf redundante Manipulatoren werden verschiedene Verwendungszwecke untersucht, wie z.B. Geschicklichkeitssteigerung, Sollkonfiguration, Kollisionsvermeidung, interaktive Verwendung der Redundanz etc. Weiterhin werden Punkt-zu-Punkt-Bewegungen untersucht, da durch die Verwendung numerisch iterativer Algorithmen die Konvergenz in Echtzeit nicht garantiert werden kann. Diese Betriebsart wird exemplarisch beim Einfangen eines geworfenen Balles erprobt. Interaktive intuitive Beherrschung der kinematischen Redundanz ist ein wichtiges Thema, um einem Bediener das Vormachen von Aufgaben mit einem Roboter zu ermöglichen. Während bei den nicht das Vormachen der Aufgabe im Bezug auf das Werkzeug ausreicht, muss bei redundanten Manipulatoren zusätzlich die kinematische Redundanz betrachtet werden. Das interaktive Konzept wird dann auf die Aufgabenausführung ausgedehnt, was am Beispiel des inversen Pendels exemplarisch untersucht wird. Eine Systemarchitektur wird konzipiert, in der es möglich ist, viele verschiedene Algorithmen und Methoden zu verwalten, diese mit Daten zu versorgen und um weitere Komponenten flexibel zu erweitern. Zusätzlich wird ein Bedienkonzept für redundante Manipulatoren entwickelt, und die notwendigen Bedienelemente werden skizziert. Die entwickelten Methoden und Algorithmen werden an verschiedenen Szenarien, die auch reale Roboter mit bis zu 10 Freiheitsgraden umfassen, erprobt.Item Open Access Numerical modeling of ignition processes in single- and multiphase flows(2014) Boyde, Jan Michael; Aigner, Manfred (Prof. Dr.-Ing. )In this work a combustion model is developed and presented which is applicable to a wide range of conditions through modifications to the Turbulent Flame Speed Closure model. The model predictions show that for all examined test cases including single- and multiphase conditions, a satisfying agreement with available experimental data is achieved. This underlines the usefulness of numerical tools for the investigation of ignition processes in the context of aircraft engines.Item Open Access Numerical simulations and experimental investigations on quasi-static and cyclic mixed mode delamination of multidirectional CFRP laminates(2011) Naghipour, Parya; Voggenreiter, Heinz (Prof. Dr.-Ing)The structural applications of Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP) composites are gradually expanding in aerospace industry as a result of their outstanding mechanical properties such as high stiffness to weight ratio and fatigue resistance. With the increasing application, the need for understanding their mechanical behaviour and failure mechanisms also rises. Interfacial cracking between layers or delamination is one of the most common failure types in laminated fibre-reinforced composites due to their relatively weak inter-laminar strengths. Typically, delamination failures initiate and propagate under mixed mode effect of normal and shear stresses. Therefore, mixed mode delamination failure in fibrous composites has been one of the major issues being studied extensively in recent years. In this scope, the development of predictive, reliable and robust numerical and experimental analysis tool for quasi-static or cyclic mixed mode delamination of CFRPs is the major focus of the thesis. Quasi-static and cyclic mixed mode delamination failure in unidirectional and multidirectional CFRP laminates are analyzed using fracture experiments, finite element (FE) simulations, analytical calculations, and Scanning Electron Microscopy (SEM). Quasi-static delamination tests under mixed mode bending (MMB) represented by a superposition of normal and shear loadings are conducted to obtain the load-displacement response and investigate the effect of fiber orientation and stacking sequence on the progressive mixed mode delamination failure. The experiments designate that varying fibre orientation and stacking sequences have a considerable effect on load-displacement response and mixed mode fracture toughness of multidirectional laminates. The other important outcome of the experiments is that delamination resistance in multidirectional laminates is also considerably higher than in their unidirectional counterpart. The numerical model of the laminate is described as an assembly of individual layers and interface elements. Each individual ply is assumed as an orthotropic homogenized continuum under plane stress, permitting the modelling of damage initiation in each ply under the combination of longitudinal, transverse, and shear stress states. The interface elements, the constitutive behaviour of which are implemented as a user element routine in ABAQUS, are represented via the cohesive zone concept with bilinear and exponential softening laws. The sensitivity of the interface element has also been tested with respect to input parameters, such as interface element length and initial stiffness, using numerical examples. The numerical results revealed that in order to achieve a closer response to experimentally obtained results there must be some limitations on input values, which in turn influence the computational cost of the simulation. The numerical model is able to successfully capture the experimentally observed effects of fibre angle orientations and variable stacking sequences on the global load-displacement response and mixed mode inter-laminar fracture toughness of the various laminates. A reliable numerical simulation requires a correct evaluation of quasistatic fracture toughness especially in between plies with different orientations. Therefore, the total mixed mode and decomposed fracture energies for different multidirectional laminates were estimated by an analytical approach based on the combination of classical laminated plate theory and linear fracture mechanics. The analytical approach produces quite accurate predictions of the fracture toughness values obtained experimentally. It can further be used as a widely applicable calculation tool of mixed mode delamination toughness. The analytical solution is further enhanced by adding the effect of thermal residual stresses. The fracture toughness values calculated with and without residual thermal stress terms indicate that for the chosen quasi-symmetric multidirectional laminates, the influence of thermal stresses can be neglected. Cyclic mixed mode delamination in multidirectional composite laminates subjected to high cycle fatigue loading is investigated by numerical simulations and cyclic MMB experiments. Similar to the quasi-static case, the numerical model includes lamina and interface elements. The description of the cyclic delamination crack growth rate is based on the cyclic degradation of bilinear interface elements, with subsequent unloading/ reloading cycles. In other words, the interfacial fatigue damage evolution law, added to the previously implemented user element routine, is a cohesive law that links fracture and damage mechanics to establish the evolution of the damage variable in terms of the cyclic crack growth rate. The constitutive cyclic damage model is calibrated by means of mixed mode fatigue experiments and reproduces the experimental results successfully and with minor error.Item Open Access Modellierung der Turbulenz-Chemie-Interaktion in technischen Brennkammern(2000) Theisen, Peter; Aigner, Manfred (Prof. Dr.-Ing.)Die Modellierung von turbulenten Strömungen mit chemischer Reaktion in praxisnahen Brennkammern stellt nach wie vor hohe Ansprüche an heutige Rechnersysteme. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur sinnvollen Vereinfachung der bestehenden Modelle und zeigt Wege auf, adäquate Ergebnisse in vertretbaren Rechenzeiten zu erreichen. Hierfür werden Ergebnisse zeitlich aufgelöster Messungen an Hand numerischer Methoden analysiert. Die Messergebnisse liefern die Wahrscheinlichkeiten, mit der die verschiedenen Kombinationen der Einflussparameter auf die chemische Reaktion auftreten. Diese Größen, die normalerweise vom Strömungslöser bereitgestellt werden, sind hier die Grundlage für den Vergleich verschiedener Modellierungsmethoden für die Bestimmung der mittleren chemischen Quellterme. Insbesondere werden verschiedene Ansätze für die Modellierung der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der Einflussparameter auf die chemische Reaktion mit den gemessenen Schwankungen verglichen. Aus dem Vergleich der Ergebnisse ergeben sich Kriterien, in welchen Fällen vereinfachte Modelle zur Verringerung der Rechenzeit Anwendung finden können, ohne Einbußen in der Qualität der Ergebnisse hinnehmen zu müssen. Um die Vielzahl von möglichen Berechnungsmethoden flexibel einsetzen zu können, wurde eine Programm-Struktur entwickelt, die das modulare Hinzufügen neuer Modelle zulässt. Durch die neue Programm-Struktur kann das entsprechende Chemiemodell während der Berechnung in Abhängigkeit der lokal herrschenden thermodynamischen Zustände frei gewählt werden. Zur weiteren Effizienzsteigerung wurde ein n-dimensionales Tabellensystem entwickelt, welches sich nach Angabe der geforderten Genauigkeit in Punkto Zugriffszeit und Speicherplatzbedarf automatisch optimiert. Das entstandene Programmsystem zur Bereitstellung der mittleren chemischen Quellen kommt an einem praxisnahen Methan-gefeuerten Drallbrenner zur Anwendung.Item Open Access Optimierung und Analyse von Fachwerkstrukturen durch Neuronale Netze(2001) Streng, Jürgen; Kröplin, Bernd (Prof. Dr.-Ing. habil.)Die in dieser Arbeit neu entwickelte Systematik einer Multikriterienoptimierung ebener Fachwerkstrukturen basiert auf der Integration Neuronaler Netze in den Algorithmus einer mehrgliedrigen Evolutionsstrategie. Die trainierten konventionellen und problemspezifischen Neuronalen Netze erfassen Kriterien und Restriktionen der zu untersuchenden Optimierungsaufgabe. Optimierungssimulationen bestätigen die Funktionsfähigkeit dieser neuen Systematik. Am Beispiel statisch bestimmter und unbestimmter Fachwerkstrukturen werden Möglichkeiten einer selbstadaptiven Schadensanalyse durch trainierte sowie durch Pruning reduzierte Neuronale Netze untersucht. Dies ermöglicht die Bestimmung eines unbekannten inversen Zusammenhangs. Weiterhin wird ein auf problemspezifischen Neuronalen Netzen beruhendes, neuartiges Lösungsverfahren inhomogener linearer Gleichungssysteme vorgestellt.Item Open Access Entwicklung eines Szenariomodells zur Simulation der zukünftigen Marktanteile und CO2-Emissionen von Kraftfahrzeugen (VECTOR21)(2010) Mock, Peter; Friedrich, Horst E. (Prof. Dr.)Es wird ein Computermodell entwickelt, welches die Berechnung von Szenarien für die zukünftige Entwicklung des Kraftfahrzeugmarkts in Abhängigkeit einer Vielzahl von Einflussfaktoren ermöglicht. Der Schwerpunkt der Betrachtungen liegt hierbei auf Marktanteilen verschiedener Fahrzeugtechnologien und Kraftstoffe sowie der damit verbundenen Kohlendioxid-(CO2)-Emissionen im Zeitraum 2009 bis 2030 für den Markt von Personenkraftwagen in Deutschland. Grundlage für die Szenariobetrachtungen ist eine umfangreiche Fahrzeug- und Technologiedatenbank. Das entwickelte Computermodell (VECTOR21) simuliert den Entscheidungsablauf von Kunden beim Neufahrzeugkauf und somit die Diffusion von Fahrzeugtechnologien und Kraftstoffen in den Fahrzeugmarkt. Als wesentliche Grundlage für den Entscheidungsprozess werden die Relevant Cost of Ownership identifiziert. Das Verhalten der Gruppe der Fahrzeugproduzenten wird über die Berücksichtigung von Lernkurven und variablen Margensätzen für die Entwicklung von Produktionskosten und Verkaufspreisen nachgebildet. Der Einfluss bestehender sowie zukünftig denkbarer Steuerinstrumente, beispielsweise CO2-Flottenzielwerte und Strafzahlungen, sowie die Entwicklung von Rohstoffpreisen werden ebenfalls berücksichtigt.Item Open Access Ortsaufgelöste Charakterisierung von Festelektrolyt-Brennstoffzellen(2010) Metzger, Patrick; Müller-Steinhagen, Hans (Prof. Dr. Dr.-Ing. habil.)Die Detailprozesse in Festelektrolytbrennstoffzellen (SOFC= Solid Oxide Fuel Cell) werden bis heute nur unzureichend verstanden und sind ausgesprochen zeit- und ortsabhängig. Zur Bestimmung dieser Prozesse wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Messsystem zur ortsauflösenden Charakterisierung von Festelektrolytbrennstoffzellen entwickelt und für Charakterisierungen entlang des Strömungsweges in Brennstoffzellensystemen eingesetzt. Das Ziel dabei war, eine hohe Integration verschiedener messtechnischer Verfahren in einem einzelnen Aufbau zu erreichen, um damit umfassende und verlässliche Aussagen für die Weiterentwicklung von SOFCs und die Kalibrierung von Simulationsmodellen zu erhalten. Das System liefert ortsaufgelöste und integrale Spannungen, Stromdichten, Temperaturen, Gaskonzentrationen an der Anode und Impedanzen an 16 Segmenten (4x4 Matrix) entlang des Brenngasströmungswegs. Die Entwicklung des Messsystems erforderte die Identifikation und Charakterisierung von hochleistungsfähigen Schichten zur Isolation und Gasdichtigkeit. Als geeignete Schicht wurde MgAl2O4 bestimmt. Das metallische Gehäuse setzte außerdem eine hohe räumliche Integration der Messabgriffe voraus. Das gesamte Messsystem wurde einem umfassenden Qualifikations- und Verifikationsprozess unterzogen. Die Impedanzmessung konnte schließlich eine höhere Güte als bei typischen Einzelzellmessungen erzielen. Durch die Zugrundelegung eines Bilanzmodells konnten die Effekte der stromaufwärtsliegenden Segmente auf die folgenden zuverlässig abgebildet werden. Dabei spielt die Bestimmung des Wassergehalts über die offene Zellspannung (OCV = Open Circuit Voltage) eine wichtige Rolle. Auf Basis der Erkenntnisse des Bilanzmodels können die auftretenden Verlustmechanismen in der Zelle ortsabhängig beschrieben werden. Als prinzipielle Verlustmechanismen sind die Kontaktierung, Leckagen, die ohmschen Verluste des Elektrolyts und die Kinetik der elektrochemischen Reaktionen in den Elektroden anzusehen. Die Verlustmechanismen und der damit verbunden Verlustfaktoren wurden als Eingangsgrößen für die Simulationsmodelle, zur Kalibrierung dieser und zur eigentlichen Brennstoffzellensimulation eingesetzt. In den detaillierten Untersuchungen zur Kinetik des Systems konnten die Prozesse einer anodengetragenen Zelle ortsaufgelöst bestimmt und deren Änderung bei Veränderung der Betriebsbedingungen mathematisch erfasst werden. Nur durch die Segmentierung konnten lokale Effekte erfasst werden, die bei einer nicht segmentierte Zelle nicht eindeutig zugeordnet werden können. Als bestimmende Prozesse wurden für den niederfrequenten Bereich bei 0,1-5 Hz eine Adsorptionslimitierung des Wasserstoffs an der Anode oder eine Diffusionslimitierung einer Reaktionszwischenspezies im Material bzw. an der Materialoberfläche der Anode identifiziert. Der mittelfrequente Prozess von 10-100 Hz ist auch hauptsächlich auf die Anode zurückzuführen, wobei eine Gasdiffusion als wahrscheinlichste Ursache anzuführen ist. An der Kathode wirkt in diesem Frequenzbereich die Sauerstoffionendiffusion im Material limitierend. Im hochfrequenten Bereich (3-40 kHz) ist wiederum die Anode limitierend. In diesem Bereich erfolgt die Ladungsübertragung. Als charakteristischer Limitierungsbereich wurde abhängig vom Volumenstrom eine segmentbezogene Brenngasausnutzung von 10-14 % gefunden. Bei dieser Brenngasausnutzung kommt zu einem starken Anstieg des aus dem mittelfrequenten und insbesondere des niederfrequenten Prozess resultierenden Widerstands. Bei der anfänglichen Reduktion der Zelle konnten 0,750 V als charakteristische Gleichgewichtszellspannung des Ni-NiO-System gemessen werden. Insbesondere die Degradation zeigte sich dabei zeit- und ausgeprägt ortsabhängig und wurde negativ von hohen Wasserdampfgehalten beeinflusst. Das Gegenstromdesign wurde im Hinblick auf Homogenität der Temperatur- und Leistungsdichteverteilung und mit einer Brenngasausnutzung von 87,1 % bei 274 mW/cm² (0,7 V) als überlegen gegenüber dem Gleichstromdesign identifiziert. Im Kohlenwasserstoffbetrieb konnte durch die lokalen Stromdichtemessungen und Gasanalysen eine vollständige Komponentenbilanz entlang des Strömungsweges erstellt und ein positiver kinetischer Effekt des Stromflusses auf die Kohlenwasserstoffreformierung (NEMCA-Effekt) identifiziert werden. Kritische lokale Bedingungen wurden dabei identifiziert und Vorschläge zu deren Vermeidung erarbeitet. Die Messdaten werden abschließend anhand von drei verschiedenen Simulationsansätzen zur zuverlässigen Beschreibung des ortsauflösenden Systemverhaltens eingesetzt. Die vorliegende Arbeit ermöglicht durch die erfolgreiche Entwicklung des universell einsetzbaren Messsystems eine zuverlässige Bestimmung der ortsabhängigen Brennstoffzellenprozesse. Die erhaltenen Messdaten können damit sowohl direkte Rückmeldung für die Entwicklung und Verbesserung der Brennstoffzellen als auch der Weiterentwicklung dieser durch genauere Simulationsmodelle geben.Item Open Access Boundary layer response to combustion instabilities and associated heat transfer(2010) Panara, Daniele; Aigner, Manfred (Prof. Dr.-Ing.)The development of efficient and environmental sustainable combustion systems is critical in the nowadays economy. The efficiency of an energy cycle is proportional to the highest cycle temperature but unfortunately, due to the major mechanism of nitric oxide formation, there is a temperature trade off between improved cycle efficiency, material constraints and low emissions. This considerations have pushed combustion chamber technology towards lean premixed flames where the tendency is to reduce local temperature peaks making use of a well studied air management. Unfortunately this kind of innovative systems have shown to be prone to combustion instabilities and higher wall heat load. In the present work, making use of numerical simulations, the wall boundary layer response to combustion instabilities has been studied in order to asses the effect of flow pulsations on heat transfer. In Chapter 2 the status of the art of combustor simulation has been presented. A full scale burner has been simulated with a commercial CFD (Computational Fluid Dynamic) code. The results have shown that in such complex simulations and in the presence of combustion instabilities, the correct predictions of wall heat load rely not only on the correct modeling of air-fuel turbulent mixing, chemical reactions and heat radiation, but also depend strongly on the near wall turbulence treatment and on the correct solution of the conjugate solid-fluid heat transfer problem at the wall (which details are discussed in Chapter 3). The main interest of the work is however the study of the near wall turbulence and the associated heat transfer in the presence of flow unsteadiness. In Chapter 4 the fundamental equations for the solution of the thermo-Fluid dynamic problem in turbulent unsteady flows have been introduced. Moreover, in Chapter 5 some unsteady analytical solutions in simple channel and pipe configurations as well as turbulent channel and pipe flow heat transfer and viscous loss correlations have been presented. In Chapter 6 and 7, making use of simplified but well defined academic test cases, the accuracy of different turbulence models for the prediction of the wall heat transfer response in presence of thermo-acoustic instabilities has been discussed. The results have shown the clear limitation of the use of wall functions both in URANS and LES applications and discrepancies with some experimental results. The most interesting results are however presented In Chapter 8 where the turbulent near wall structures and the associated heat transfer were in detail investigated by means of pulsating channel flow DNS (Direct Numerical Simulation) simulations. The response of the turbulent kinetic energy (k) and fluctuating temperature variance (k_theta) as well as their dissipation rates (epsilon and epsilon_theta) were reported at different flow pulsations and amplitudes. In order to highlight the most critical (for the turbulence models) flow conditions, the pulsation amplitudes and frequencies were chosen so to span different pulsating flow regimes. The DNS results have shown very complex turbulence unbalance phenomena depending on the flow pulsation and amplitude. Each term on the budget equation of k, k_theta and epsilon_theta have shown different answer to pulsation frequency and amplitude. The mean and phase locked averaged turbulent Prandtl number seems to be affected by flow pulsation as well as the unsteady heat transfer. The pulsation frequency increase determines an unsteady heat transfer amplitude decrease. The flow pulsation amplitude seems to affect the overall mean heat transfer value increasing up to two times its steady value with the increasing of pulsation amplitude. The present DNS database represents a highly valuable and unique work which can serve as a reference for the development of innovative unsteady turbulent heat transfer models. Finally, in Chapter 9, starting from the DNS data, a new turbulent heat transfer closure has been proposed. The new model was capable, in all the flow condition studied, to correctly predict the unsteady heat transfer mean value and pulsating amplitude showing the added value of the present DNS database for the understanding of the near wall turbulence behavior and the associated heat transfer in presence of flow unsteadiness.