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当管道雷诺数小于临界雷诺数时，管中流动处于层流状态；反之，则为湍流，层流和湍流之间存在着一种过渡状态。
为了探索沿程阻力系数 的变化规律，验证和补充普朗特的理论，尼古拉兹在1933年进行了著名的实验，将管道的流动可分为五个区域。
第—个区域是层流区，对应的雷诺数 ，试验点均落在直线 上。表明 与相对粗糙 无关，只是 的函数，并符合 。
第二个区域为层流与湍流之间的过渡区， 试验点落在bc附近，表明 与相对粗糙 无关，只是 的函数。
第三个区域为湍流光滑区， 不同的相对粗糙管的试验点都先后落
图2.1.1 尼古拉兹曲线图
在同一条 线上。表明 与相对粗糙 无关，只是 的函数。随着 的增大， 大的管道，实验点在 较低时便离开此线，而 较小的管道，在 较大时才离开。
第四个区域是湍流过渡区，不同的相对粗糙管实验点分别落在不同的曲线上。表明 既与 有关，又与 有关。
第五个区域是湍流粗糙区，不同的相对粗糙管实验点分别落在不同水平直线上，表明 与 有关，与 无关。在这个阻力区里，对于一定的管道（ 一定）， 是常数。沿程水头损失与流速的平方成正比，故有称为阻力平方区。
2.1.2 工业管道实验曲线
尼古拉兹通过对人工粗糙管道进行实测，并结合混合长度理论，推导出湍流光滑区和粗糙区的经验公式。但人工粗糙与实际工业管道的粗糙形式有很大的差异。
在尼古拉兹试验中，湍流有明显的光滑区。因为人工粗糙砂粒的直径是一致的。只要粘性底层的厚度大于砂粒直径，流动就处于光滑区。而工业管道、出于工业加工的缘故，不可能制造出粗糙度完全一致的管道。壁面的粗糙部分，从微观上讲，高低不一，因此没有明显的光滑区，或者光滑区的跨越范围很窄，无法进行对比。进入人工粗糙区，无沦是人工管道，还是工业管道，由于粗糙面完全暴露在湍流中，其水头损失的变化规律也是一致的。因此，在 相同的情况下。可用人工管道的相对粗糙度来表示工业管道的相对粗糙度，即当量粗糙度。
当量粗糙度是用直径相同，在湍流粗糙区 相同的人工管道的粗糙度 ，来定义该工业管道的粗糙度。
工业管道的计算方法与人工管道的计算方法一样，但尼古拉兹阻力系数公式在湍流过渡区是不适用的。1939年，柯列勃洛克和怀特给出了工业管道湍流区中 的计算公式：
图2.1.2 穆迪图
2.1.3 层流和湍流的特点
层流是流体中液体质点彼此互不混杂，质点运动轨迹呈有条不紊的线状形态的流动。实际流体流动中，绝大多数是湍流，湍流与层流的显著差别在于，层流中流体质点层次分明地向前运动，其轨迹是一些平滑的变化很慢的曲线，互不混掺，各个流层间没有质量、能量、动量、冲量、热量等的交换。而湍流中流体质点的轨迹杂乱无章，互相交错，而且迅速地变化，流体微团(旋涡涡体)在顺流方向运动的同时，还作横向和局部逆向运动，与它周围的流体发生混掺。
不规则性，湍流流动是由大小不等的涡体所组成的无规则的随机运动，它的最本质的特征是“紊动”，即随机的脉动。它的速度场和压力场都是随机的。由于湍流运动的不规则性，使得不可能将运动作为时间和空间坐标的函数进行描述，但仍可能用统计的方法得出各种量，如速度、压力、温度等各自的平均值。
湍流扩散，湍流扩散性是所有湍流运动的另一个重要特征。湍流混掺扩散增加了动量、热量和质量的传递率。例如湍流中沿过流断面上的流速分布，就比层流情况下要均匀得多。
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