ZND理論
ZND理論(ZNDりろん、Zeldovich von Neumann Doering detonation model)とは、1940年代にジョン・フォン・ノイマンによって考え出された火薬の爆轟現象を予測する理論である。
同年代にソビエトのヤーコフ・ゼルドビッチも同様の理論を考え出し、ソビエトの核兵器開発に役立てたと言われている。
この理論では有限率化学反応を認め、爆発を発熱化学反応の地帯が続く無限に薄い非連続な衝撃波(実際には平均自由行程の数倍程度の厚み)としてモデル化し、衝撃波による熱量の増大が爆薬自身の断熱圧縮によるものであると捉え、実質的に、爆薬の持つ温度などの化学エネルギーも全て、前方へ衝撃波を伝播するために利用されることを示し、ZNDモデルとして理論化されている。 まとめると以下の4点を前提条件としている。
流れは一次元
衝撃波面は非連続にジャンプしている。これは各種輸送現象(熱伝導、放射、拡散、粘性)を無視したため
衝撃波が通過する前の反応速度は0。通過した後の反応速度は有限。そして逆反応は起こらない
化学組成以外のすべての熱力学的変数は局所的に熱力学平衡に達している。
非常に大雑把に言うと、衝撃波が通るとき圧力p1は非連続的にpHまで急上昇する。 分子はまず、並進自由度が励起され、後ガスは非平衡の高い並進温度Ttに達し、回転や振動などの自由度に分配されTHまで下がり平衡に達する。次に発熱の少ない連鎖反応が進み、その後、発熱反応に移行し温度は若干上昇しTBとなる。