什么是气体的压缩系数？_智能电磁流量计_蒸汽流量计_天然气流量计_智能涡轮流量计_污水流量计_压缩空气流量计_柴油流量表_超声波热量表

1． 什么是气体的压缩系数？（王建中）

答：气体压缩系数Compressibility coefficient，也称压缩因子Compressibility factor。是实际气体性质与理想气体性质偏差的修正值。通常用Z表示，Z=Pv/RT＝Pv_m/R_uT；Z也可以认为是实际气体比容v(v_actual)对理想气体比容v_ideal的比值；Z＝v_actual/v_ideal；v_ideal＝RT/P 。其中，P是气体的绝对压力；v_m是摩尔体积；R_u是通用气体常数；R=R_u/M；R是气体的摩尔气体常数；T是热力学温度。Z偏离1越远，气体性质偏离理想气体性质越远。Z在实际气体状态方程中出现。凡在气体流量的计算中必然要考虑压缩系数。在压力不太高、温度较高、密度较小的参数范围内，按理想气体计算能满足一般工程计算精度的需要，使用理想气体状态方程就可以了，此时压缩系数等于1。但是在较高压力、较低温度或者要求高准确度计算，需要使用实际气体状态方程，在计量气体流量时由于要求计算准确度较高，通常需要考虑压缩系数。随着对气体状态方程准确度要求提高，在百余年来实际气体状态方程出现了许多不同形式，对压缩系数也有不同的表述。比较有名的是范德瓦尔状态方程和维里状态方程。

求得压缩系数的方法：

1) 查表法，对比态参数在图表上查得。已有的图表是通过试验对不同气体测得P、v、T（分别是压力、比容、温度）数据和相应的临界参数P_c、v_c、T_c、计算得到对比参数P_r、v_r、T_r绘制的Z--P_r、v_r图。Z_c是固定的，如图1，Z_C固定为0.27。

图 1 通用气体压缩系数,纵坐标Z，横坐标是P_r

式中，P_c是临界压力，T_c是临界温度，随物质不同而不同；对比压力P_r、对比温度T_r根据测量的压力、温度和临界压力、温度计算；P_r=P/P_c；T_r=T/T_c；zc为临界点处实际气体的压缩因子，称为临界压缩因子。实验表明，临界压缩因子zc数值相近的各种气体，可以认为具有相似的热力学性质，即在相同的对比压力pr及对比温度Tr下，它们的对比比体积vr的数值基本相同，都可以表示为vr＝f(pr,Tr)。于是压缩因子还可以表示为

对于临界压缩因子zc有相同数值的气体，当它们的对比参数pr及Tr相同，即处于对应状态时，它们压缩因子z具有相同的数值。于是，如果把压缩因子z随状态变化的实验关系整理成z与对比参数pr及Tr的关系，并表示成如图1所示的图线，就可以用于所有具有相同临界压缩因子zc的气体，直接按其状态所对应的pr、Tr的值，由图上查取该状态下压缩因子z的数值。因而这种表示z与pr、Tr关系的线图称为通用压缩因子图。

各种气体临界压缩因子的数值大致在0.23～0.31的范围内，而60%的烃类气体的zc在0.27左右，故最常见的通用压缩因子图为zc＝0.27的线图。该图也常用于zc不等于0.27的气体的近似计算，当用于zc＝0.26～0.28的各种气体时，除临界点附近的状态外，所得z的数值的误差小于5%。此外，对于一些没有详细物性数据的气体，采用通用压缩因子图估算其状态变化关系有很大的实用价值。如果在气体的状态变化范围内，压缩因子z的数值在0.95～1.05的范围内，则可当作理想气体处理。

在临界压缩因子z_c数值相同的条件下，如果已知T_r及P_r，就可应用通用热力性质图查出相应的偏差来。在应用通用热力性质图时，应注意该图的临界压缩因子z_c的数值。显然，使用非同组的压缩因子图，会带来较大的误差。

2) 计算法

根据维里状态方程

其中，ω是对比密度，ω＝ρ/ρ_c; τ是对比温度，τ＝T/T_c；b_i,j是维里系数，

对于空气，b_i,j使用下表，b_i,j是维里系数

对于天然气，按照 AGA8/1992 and ISO-12213-2/1997 ,天然气的z系数计算

其中，ρm是天然气的莫尔密度， ρr是对比密度， B是第二维里系数，C_n^*是温度从属系数（emperature dependent coefficients），bn, cn 和kn是 ISO-12213-2/1997.给的状态方程的参数，ρm是莫尔密度，ρr是对比密度；有关参数的计算比较复杂，请参阅 ISO-12213-2/1997.