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机械设计的基本要求，包括对机器整机的设计要求和对组成机器的零部件的设计要求两个方面，两者相互联系，相互影响[8]。
对机器设计的基本要求包括以下几个方面：(1)对机器的使用功能方面的要求；(2)对机器经济性的要求。
机械设计程序一般包括机器设计程序和零件设计程序两个方面。
机械设计这门学科经历诞生，发展，壮大等等历史过程，为人类社会的发展做出了巨大的历史性贡献。在人类历史中各次科学技术革新过程中无不起到关键性作用。
近几十年来，机械设计学科发生巨大变化，新设计方法不断涌现，设计理论更加完善，新的材料和新工艺被广泛使用，各种新型的机械零件零部件性能更佳，功能更加完善，计算机的广泛采用使设计的速度更快、效率更高，新产品的更新换代周期更短。
由于机械设计等其他相关领域基础学科的大力发展，使得水洞装置越发的体现了其的先进性，因此近代水洞技术也到达了前所未有的发展。
水洞主要包括轴流泵、拐角、稳定段、收缩段、试验段和扩散段等[14]。其中，试验段流场品质是评价水洞设计的重要性能指标，对于流体实验的可靠性、准确性至关重要。而收缩段的设计，对于提高实验流场品质、降低试验段湍流度、提高速度均匀性、稳定性具有举足轻重的作用。
水洞有重力式水洞，通气空化水洞，旋转式水洞，高速水洞，自由液面水洞等类型。其中，重力式水洞依靠水的势能来提供动力[27]，空化水洞是在水中产生空化，形成一个白色泡沫状的区域，有的时候甚至要求产生超空泡[17]。这两种的水洞，要达到其要求，有两个方面的方法，一是提高水洞工作段的水速，二是降低水洞工作段的压力。这就提出了旋转式高速水洞的设计要求。
图1.2 高速空化水洞图
图1.3 重力式水洞示意图
实验水洞的前驱可以追溯到1895年帕森斯建造的第一个空化实验水洞，其又在1910年建造了一座大型水洞，用于研究空化状态下的螺旋桨实验。而柯乃普等人和戴利介绍的加州理工学院1942年建置并在1947年重新改善的高速水洞，是现代化水洞的前驱，它具有专门控制设备和比以前更高的精度，更多样化的量测附属设备，它对以后的水洞具有广泛影响。其基本特性包括下列各部分：
(1)工作段，可以安装模型并静心观察；
(2)水循环系统，基本上包括水泵和管路，以保持水流通过工作段；
(3)空气重溶系统，当工作段发生空化时重溶可能从水中释放出来的任何掺入的气泡；
(4)含气量控制系统，使水流重溶解空气量保持为任何需要的常量；
(5)控制系统，用以调节工作段的压力，流速和温度，并使之保持在任一组规定数值；
(6)天秤，用它可将模型放置在不同位置，并可测量作用在模型上的水作用力。
这些基本特性，在现代的一些重要水洞中都有体现。
为了避免进入扩散段的水流过早出现空化现象，促使了另一种水洞形式，即自由射流水洞，如在圣安东尼瀑布实验室兴建的自由射流垂直式的圆断面水洞。除此之外，还有自由面水洞，它的唯一特征是其自由面工作段有改变水面以上空气压力的设施，它是研究物体稍微潜入或插入自由面的一种设备。水下导弹，水翼，水柱和某些类型的水工建筑物均为实例。
国内在水洞试验这方面的研究起步较晚，但也建立了一些水洞设施，比较著名的是中国船舶重工集团公司第702所的水洞实验室。还有一些位于大学内的水洞实验室，比如1983年西安工业大学由黄景泉教授带头建造的用于研究和教学的水洞实验室，再比如上海交通大学的重力式空泡水洞，徐汇校区的国内最早（1958）的封闭循环式水洞哈尔滨工程大学的重力式低噪声水洞，其基本设计方法都借鉴了国外的水洞设计经验[26]。
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