Un gaz dont la densité est si faible que les collisions moléculaires sont rares, invalidant les hypothèses du continuum.Un gaz raréfié est un gaz dont la densité est si faible que la distance moyenne entre les molécules est grande par rapport à l'échelle typique du système, rendant les collisions moléculaires rares. Dans ce régime, l'hypothèse du continuum de la mécanique des fluides—qui traite le gaz comme un milieu lisse et continu—n'est plus valable. Au lieu de cela, le gaz se comporte comme un ensemble de particules individuelles, et des phénomènes tels que l'écoulement avec glissement, la transpiration thermique et les distributions de vitesses hors équilibre deviennent importants.
Le paramètre clé est le nombre de Knudsen, le rapport du libre parcours moyen moléculaire à une échelle de longueur caractéristique. Lorsque ce nombre est élevé, les molécules se déplacent de manière balistique entre les surfaces, et leurs interactions sont dominées par les collisions avec les parois plutôt qu'entre elles. Cela nécessite la théorie cinétique ou des méthodes de simulation directe de Monte Carlo pour une modélisation précise, plutôt que les équations de Navier-Stokes.
La dynamique des gaz raréfiés est essentielle pour la conception de systèmes à vide, de dispositifs micro-électromécaniques (MEMS), d'aéronefs à haute altitude et de rentrée de vaisseaux spatiaux, ainsi que pour la compréhension des atmosphères planétaires à haute altitude.
Dans un gaz raréfié, la température peut être différente selon les directions, un concept connu sous le nom de « non-équilibre thermique », ce qui est impossible dans un gaz dense.
