Кавитация

Кавитация (от лат. cavitas (cavitatis) – углубление, полость) способна нанести существенные повреждения деталям двигателя, вплоть до его выхода из строя. Нередко следы кавитации механики ошибочно путают с коррозией. О кавитации много говорят, но мало кому понятен физический смысл этого явления. Постараемся максимально доступно рассказать об этом физическом процессе.

Термин «кавитация» был введен в 1894 году британским инженером Р. Фрудом. В наиболее упрощенном понимании кавитация – это процесс образования в жидкости пузырьков пара и последующего их разрыва (схлопывания), сопровождающегося разрушительным гидроударом по омываемой поверхности.

В системе охлаждения двигателя гидродинамическая кавитация возникает не во всем объеме, а лишь в отдельных зонах потока жидкости. Условие возникновения кавитации – равенство местного давления в этих зонах с давлением насыщенных паров антифриза (для соответствующей температуры). Это равенство может произойти, например, при 75 °С, что вызовет локальное (местное) кипение антифриза.

Почему же давление в отдельных точках системы охлаждения может быть разным? На первый взгляд (согласно закону Паскаля) оно должно быть одинаковым во всей массе охлаждающей жидкости и не превышать максимального уровня, «запрограммированного» паровоздушным клапаном, установленным, например, в крышке радиатора. Но дело в том, что охлаждающая жидкость находится не в статическом, а динамическом состоянии – она интенсивно движется. При этом по мере течения по циркуляционному кругу с переменной площадью канала изменяется ее температура, скорость и, как следствие, давление.

Когда жидкость движется по сужающемуся каналу системы охлаждения, то она неизбежно ускоряется, что неминуемо вызывает понижение давления. Если в какой-то из точек давление снижается до уровня давления насыщенного пара данной жидкости, то возникает кавитация.

Привычное кипение воды в быту – это частный случай кавитации, но очень «мягкой», и потому данный пример не может отразить всей разрушительной силы кавитации, возникающей в системе охлаждения двигателя. При кипении воды в чайнике не возникает мощного гидроудара из-за того, что пузырьки всплывают и на поверхности лопаются не под действием внешней силы сжатия, а под действием внутреннего давления пара (силы расширения).

В антифризах всегда существуют мельчайшие пузырьки воздуха. Если местное давление в потоке становится меньше давления насыщенного пара антифриза, то он начинает активно испаряться внутрь каждого мельчайшего газового пузырька, что вызывает их активный рост. При дальнейшем течении по каналам системы охлаждения антифриз, наполненный крупными паровыми пузырьками, может попасть в зону с меньшей скоростью потока (т. е. с более высоким местным давлением), где пузырьки под усилием сжатия схлопываются (имплозия), образуя разрушительную для омываемой поверхности гидравлическую волну (гидроудар). При этом также возникает звуковая волна, и появляется вибрация.

Поэтому последствия кавитации в системе охлаждения двигателей несоизмеримо более губительны, чем кипение воды в кастрюле. Кавитация может стать причиной нарушений в работе водяного насоса и вызвать эрозию в каналах системы охлаждения, вплоть до образования сквозных раковин, например, в «мокрых» гильзах цилиндров.

Высокий антикавитационный потенциал антифризов AGA достигнут за счет реализации следующих основных направлений:

• Минимизация давления насыщенных паров самой охлаждающей жидкости. Например, у антифриза AGA-Z65 при температуре +100 °C оно на 42 % ниже, чем у воды.
• Минимизация так называемых кавитационных зародышей (микроскопических воздушных пузырьков), в частности, за счет применения мономолекулярных органических оболочек (оптимизации пакета присадок).
• Применение молибдатов, формирующих на охлаждаемых поверхностях металлизированную защитную пленку на основе молибдена, которая является мощнейшим демпфером, защищающим поверхность от разрушения при близком разрыве воздушного пузырька.

При использовании качественных современных антифризов, таких как антифризы AGA сери Z, проблем, вызываемых кавитацией, не возникает.