什么是气体的压缩系数？

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＝Pvm/RuT；Z也可以认为是实际气体比容v(vactual)对理想气体比容videal的比值；Z＝vactual/videal；videal＝RT/P 。其中，P是气体的绝对压力；vm是摩尔体积；Ru是通用气体常数；R=Ru/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Pc、vc、Tc、计算得到对比参数Pr、vr、Tr绘制的Z--Pr、vr图。Zc是固定的，如图1，ZC固定为0.27。
图 1  通用气体压缩系数,纵坐标Z，横坐标是Pr¬
    
Pc是临界压力，Tc是临界温度，随物质不同而不同；对比压力Pr、对比温度Tr根据测量的压力、温度和临界压力、温度计算；Pr=P/Pc ；Tr=T/Tc；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)。    
  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zc数值相同的条件下，如果已知Tr及Pr，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zc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/ρc; τ是对比温度，τ＝T/Tc ；bi,j是维里系数，
对于空气，bi,j使用下表，bi,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，Cn*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.
3) 试验法，按照实际使用的气体，根据需要的误差，选择合适的状态方程，进行试验，得到自己需要的压缩系数，是最准确的方法。
如果要求不太高，用查表法；如果要求高，用计算法或者查专门文献及标准资料。