دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 26 8 2026 07 23 Experimental investigation of the synergistic effects of porous structure and stabilized boiling surface on pool boiling under reduced nanofluid concentration بررسی تجربی هم‌افزایی ساختار متخلخل و سطوح جوشش پایدار شده بر انتقال حرارت جوشش استخری تحت کاهش غلظت نانوسیال کاری 665 687 28743 10.48311/mme.2026.119885.83000 FA محمد قربانی گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران مسعود زارع گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران 0000-0001-5613-7047 سیروس آقانجفی گروه مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران محمدبهشاد شفیعی گروه مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران Journal Article 2026 04 29 In this study, the synergistic effects of a honeycomb porous structure (HPS) and stabilized boiling surfaces on the pool boiling heat transfer characteristics of SiO₂ nanofluid under reduced concentration conditions is experimentally investigated. Dissipation of high heat fluxes is a major challenge in thermal systems, as approaching the critical heat flux (CHF) can lead to thermal instability and equipment damage. Surface stability is also essential for long-term operation, since instability during successive boiling cycles increases surface superheat and reduces system reliability. In addition, low-concentration nanofluids are preferred in practical applications to minimize nanoparticle deposition. First, the boiling surface was stabilized using a 2 wt% nanofluid under successive and prolonged boiling cycles. Then, the concentration was reduced to 0.5 wt%, leading to the formation of new stabilized layers on the initial surface. This approach preserves thermal performance while reducing deposition. After that, a HPS was attached to the stabilized surface. This structure increases the effective heat transfer area, enhances capillary liquid supply, and facilitates vapor removal. The results show that surface stability is maintained despite the reduced concentration. The combination with the porous structure improves thermal performance. Specifically, CHF increases by 35.6% and 39.8%, and the boiling heat transfer coefficient (BHTC) increases by 27.9% and 25.3%, compared to the stabilized surface without porous structure, for nanofluids with nanoparticle sizes of 20-30 and 60-70 nm, respectively. In addition, the porous structure increases the surface superheat at the onset of nucleate boiling (ONB). در این پژوهش، اثر هم‌افزایی ساختار متخلخل لانه‌زنبوری و سطوح جوشش پایدار بر مشخصه‌های انتقال حرارت جوشش استخری نانوسیال SiO₂ تحت کاهش غلظت سیال کاری بررسی شده است. در کاربردهای صنعتی، دفع شار حرارتی بالا با محدودیت‌های جدی مواجه است، زیرا رسیدن به شار حرارتی بحرانی (CHF) می‌تواند منجر به ناپایداری حرارتی و آسیب به تجهیزات شود. ازسوی‌دیگر، پایداری سطح جوشش نقش تعیین‌کننده‌ای در عملکرد بلندمدت دارد، به‌طوری که ناپایداری سطح در چرخه‌های مکرر و طولانی‌مدت جوشش می‌تواند منجر به افزایش دمای مافوق گرم و کاهش ایمنی سیستم گردد. همچنین، به‌منظور کاهش احتمال رسوب‌گذاری، استفاده از نانوسیالات با غلظت پایین ترجیح داده می‌شود. در این راستا، ابتدا سطح با نانوسیال ۲% وزنی تحت جوشش‌های مکرر و طولانی‌مدت پایدارسازی شد. سپس با کاهش غلظت به ۰٫۵%، سطوح پایدار جدیدی بر بستر اولیه ایجاد گردید تا ضمن حفظ مشخصه‌های حرارتی، احتمال رسوب کاهش یابد. در ادامه، یک ساختار متخلخل لانه‌زنبوری بر روی سطح پایدار نصب شد. این ساختار با افزایش سطح مؤثر انتقال حرارت، تقویت نیروهای مویینگی، بهبود تغذیه سیال و تسهیل خروج بخار، نقش مؤثری در دفع حرارت ایفا می‌کند. نتایج نشان داد که علی‌رغم کاهش غلظت، پایداری سطح حفظ شده و ترکیب آن با ساختار متخلخل منجر به افزایش ۳۵٫۶% و ۳۹٫۸% در شار حرارتی بحرانی و ۲۷٫۹% و ۲۵٫۳% در ضریب انتقال حرارت جوشش نسبت به سطح پایدار بدون ساختار متخلخل، به ترتیب برای نانوسیال‌هایی با اندازه نانوذرات ۳۰-۲۰ و ۷۰-۶۰ نانومتر می‌شوند. همچنین استفاده از ساختار متخلخل، باعث افزایش دمای مافوق گرم در شروع جوشش هسته‌ای (ONB) می‌شود. https://mme.modares.ac.ir/article_28743_67a83eab0da5d5e1357e82cee4ea9907.pdf