工程师长期面临燃气轮机和飞机发动机中可能出现的“燃烧不稳定性”问题。该现象会在燃烧室内引发响亮且具有破坏性的振荡，不受控制的压力波动可产生强烈振动，严重时可能对燃烧室壁造成结构性损伤。相关不稳定性通常源于声波、热释放与流动模式之间形成强反馈环路并相互放大，最终导致系统失稳。

由于上述相互作用高度复杂，危险振荡在何时、何地出现往往难以预测。为捕捉驱动燃烧不稳定性的关键区域，研究人员持续探索新的分析框架。

东京理科大学后藤田浩教授与京都大学黑瀬良一教授领导的研究团队提出一种利用网络科学理解并抑制燃烧不稳定性的办法。论文于2025年7月1日发表在《Physical Review Applied》，研究对象为后向阶梯燃烧室中的喷雾燃烧不稳定性，并引入复杂网络分析进行刻画。

研究团队构建了所谓“湍流网络”：将流场中的每个点视为网络节点，节点之间的连接用于表征涡旋相互作用强度。结果显示，该网络呈现无标度拓扑结构，即少数高度连接的“枢纽”对系统行为具有主导作用。

研究还发现，网络枢纽的出现与大型有序涡旋的形成和崩溃同步：当有序涡旋结构形成时，无标度网络拓扑随之出现；当涡旋结构崩溃时，网络拓扑特征消失。团队进一步识别出其称为“连接社区”的特定区域，即网络不同部分相互作用最强的位置。

在此基础上，研究人员在这些关键区域有针对性地放置小型物理障碍物，以破坏维持破坏性反馈环路的涡旋相互作用。团队报告称，该做法能够显著降低声压波动，并削弱压力与热释放振荡之间的耦合，从而实现对燃烧不稳定性的抑制。

研究指出，这项工作揭示了喷雾燃烧不稳定性过程中无标度拓扑结构的动态出现、消失与再现，并在一定程度上拓展了早期针对气态燃烧系统的相关认识。研究团队认为，该方法可为工程师提供识别干预位置的新工具，以提升不同工业应用中燃烧器的稳定性。

后藤田浩与黑瀬良一在论文中表示，“湍流网络不仅刻画了湍流流动的结构组织，还揭示了主导流动结构的时间演化”，并称相关发现为基于网络的燃烧不稳定性抑制策略提供了重要线索。

研究团队同时表示，下一步将通过数值模拟不同几何形状和尺寸的障碍物，进一步理解喷雾燃烧不稳定性的抑制机制。