Методы теории тепломассопереноса для моделирования процессов сушки блоков арболита-сырца

В условиях глобального перехода к принципам циркулярной экономики арболит как композитный материал с высоким содержанием вторичных органических ресурсов приобретает особую значимость. Однако широкому внедрению арболита препятствует недостаточная изученность нестационарных процессов тепломассопереноса в период сушки блоков сырца, что приводит к образованию дефектов структуры и снижению качества продукции. Целью работы является разработка математической модели влагопереноса в арболитовых изделиях для трех технологических схем сушки – на проницаемом, непроницаемом и частично проницаемом основании. На основе нелинейного уравнения диффузии для капиллярно-пористых сред получено аналитическое решение задачи нестационарной массопроводности при неравномерном начальном распределении влажности и граничных условиях второго рода с применением безразмерных критериев Фурье и Кирпичёва. Метод микропроцессов позволил учесть временную нестационарность потоков массы на границах расчетной области с погрешностью аппроксимации не более 3–5%. Моделирование показало, что сушка на непроницаемом основании формирует асимметричный профиль влажности с максимумом в придонной зоне, увеличивая риск усадочных дефектов, тогда как схема с частично проницаемым настилом обеспечивает снижение времени сушки на 25–30% при сохранении структурной однородности. Предложенная модель создает основу для оптимизации режимов тепловой обработки и разработки цифрового двойника производства арболитовых изделий.

С.В. ФЕДОСОВ^1,2, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
И.В. КРАСИЛЬНИКОВ^2,3,4, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
В.Е. РУМЯНЦЕВА^2,3,4, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
И.А. КРАСИЛЬНИКОВА⁵, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
М.А. КОРИНЧУК³, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
² Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21)
³ Ивановский государственный политехнический университет (153000, г. Иваново, Шереметевский пр-т, 21)
⁴ Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России (153040, г. Иваново, пр-т Строителей, 33)
⁵ Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (600000, г. Владимир, ул. Горького, 87)

1. Firesenay Zerabruk Gigar, Khennane A., Liow J.-L., Tekle B.H., Li Z. From Portland cement to alkali-activated system: advances in wood-cement composites for sustainable building applications // Cleaner Materials. 2026. Vol. 19. Art. No. 100365. https://doi.org/10.1016/j.clema.2025.100365
2. Пичугин А.П., Хританков В.Ф., Смирнова О.Е. Строительные материалы из растительного сырья. Новосибирск: ИЦ НГАУ «Золотой колос», 2020. 207 с. EDN: ­CQZCCS
3. Yagubkin A., Shabanov D., Niyakovskii A., Romanovski V. Maximizing Strength and durability in wood concrete (Arbolite) via innovative additive control and consumption // Biomass Conversion and Biorefinery. 2024. Vol. 15. No. 9, pp. 13365–13379. https://doi.org/10.1007/s13399-024-06071-6
4. Ilmaliyev Zh., Zhatkanbayev Ye.Ye., Kurtibay K.A. Research and development of wood – cement composites as sustainable building materials based on secondary resources // Complex Use of Mineral Resource. 2025. No. 4 (335), pp. 34–41. EDN: ­SKNBHS. https://doi.org/10.31643/2025/6445.37
5. Федосов С.В., Кеневеи Э., Лапидус А.А. В поиске инновационных материалов для массового строительства малоэтажных зданий в Республике Чад // Строительные материалы. 2023. № 5. С. 72–80. EDN: ­JQQWLD.
https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-813-5-72-78
6. Долматов С.Н. Анализ потенциальной емкости рынка и объемов потребления стеновых строительных материалов, ориентированных на индивидуальных застройщиков, применительно к технологии древесно-минеральных композитов // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Материалы. Конструкции. Технологии. 2025. № 1 (33). С. 29–46. EDN: ­UYZBPR. https://doi.org/10.25686/2542-114X.2025.1.29
7. Исакулов Б.Р., Акулова М.В., Нургалиев Р.М. Формирование структуры шлакощелочного арболита в процессе дальнейшего твердения // Эксперт: теория и практика. 2024. № 1 (24). С. 24–29. EDN: ­WAALAY.
https://doi.org/10.51608/26867818_2024_1_24
8. Ильмалиев Ж., Куртибай Қ., Қаппасұлы Ә., Жатканбаев Е., Жунусова Э., Ильмалиева Г., Жумабекова А. Создание и изготовление композитов на основе отходов древесины // Вестник КазУТБ. 2025. Т. 2. № 27. № статьи 704. https://doi.org/10.58805/kazutb.v.2.27-704
9. Кульшаров Б.Б. Влияние влажности на прочностные характеристики блоков из легкого бетона на основе кукурузных отходов для строительства текстильных предприятий // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2024. № 3 (411). С. 122–126. EDN: ­OHBYZQ. https://doi.org/10.47367/0021-3497_2024_3_122
10. Федосов С.В., Лапидус А.А., Соколов А.М., Саркисов Д.А., Самир Ф., Исаченко С.Л. Показатели технологии изготовления изделий из арболита с применением электротепловой обработки // Строительные материалы. 2023. № 3. С. 4–11. EDN: ­IMEBXQ. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-811-3-4-10
11. Isakulov B.R., Balmaganbetova F.T., Sundetova A.R., Issakulov A.B., Dakir B.M. Increase of physical and mechanical parameters of arbolite-concrete composites by deep impregnation with liquid sulfur // Bulletin of the L.N. Gumilyov Eurasian National University. Technical Science and Technology Series. 2025. Vol. 151. No. 2, pp. 59–76. EDN: ­WTOBQE. https://doi.org/10.32523/2616-7263-2025-151-2-59-76
12. Ткаченко С.Е., Смирнова О.Е., Хританков В.Ф., Пичугин А.П. Оптимизация состава светопроницаемого арболита на древесном заполнителе // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2025. № 3 (795). С. 32–40. EDN: ­OHSBGQ. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2025-795-3-32-40
13. Румянцева В.Е., Красильников И.В., Коринчук М.А., Красильникова И.А. Энергоресурсосбережение на основе моделирования физико-химических явлений тепломассопереноса в процессах сушки блоков арболита-сырца // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2025. № 6 (420). С. 257–268. EDN: ­WGXTGG. https://doi.org/10.47367/0021-3497_2025_6_257
14. Лыков A.B. Тепломассообмен. М.: Энергия, 1978. 480 с.
15. Федосов С.В., Красильников И.В., Румянцева В.Е., Красильникова И.А. Физические особенности проблем жидкостной коррозии железобетона с позиций теории тепломассопереноса // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2023. Т. 19. № 4. С. 392–409. EDN: ­WNUWLC. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2023-19-4-392-409
16. Рудобашта С.П., Карташов Э.М. Химическая технология: диффузионные процессы. Ч. 2. М.: Юрайт, 2018. 296 с.
17. Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Красильникова И.А. Математическое моделирование нестационарного массопереноса в системе «цементный бетон – жидкая среда», лимитируемого внутренней диффузией и внешней массоотдачей // Строительные материалы. 2022. № 1–2. С. 134–140. EDN: ­SIGNGF. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-799-1-2-134-140
18. Fedosov S., Roumyantseva V., Krasilnikov I., Krasilnikova I. Research of the engagement of liquid aggressive environment and concrete. International Scientific Siberian Transport Forum TransSiberia – 2021. Ser. «Lecture Notes in Networks and Systems» (LNNS) 2022. Vol. 403, pp. 1362–1370. EDN: ­TPZZSD. https://doi.org/10.1007/978-3-030-96383-5_152
19. Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Красильникова И.А. Исследования физико-химических процессов в системе «цементный бетон – жидкая агрессивная среда». Известия вузов. Химия и химическая технология. 2022. Т. 65. Вып. 7. С. 61–70. EDN: ­WBKUAS. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226507.6606