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超临界水堆作为由第四代核能系统国际论坛(GIF)提出的六种先进反应堆之一，具有广阔的发展前景。超临界水堆的研发引起世界许多国家的关注，而且《超临界水堆关键科学问题的基础研究》已经被我国列为“973国家重点基础研究发展计划”项目。相比于目前的轻水反应堆而言，超临界水堆具有热效率高、系统简单、装置尺寸小和经济性好等优点，但超临界水在堆芯入口和出口之间有较大的温度差（系统压力为25MPa，出入口温度分别为500℃和280℃），致使其密度就会发生剧烈变化（从堆芯入口780kg/m3变化到出口90kg/m3），这就容易引发系统振荡，从而可能导致系统发生不稳定现象，所以超临界水堆的稳定性问题引起诸多学者的广泛关注。
本文主要研究超临界水系统的稳定性，引入超临界水简化热力系统模型，并给出其热工水力方程、初始条件和边界条件。通过比较，选用合适的适用于超临界流体的摩擦系数计算公式。采用微扰动线性化及Laplace变换，对热力系统的非线性守恒方程线性化，建立入口质量流速扰动和系统压降扰动之间的传递函数，并推导系统的特征方程。运用控制理论求得特征方程的根，通过判断特征根的实部是否大于零得到系统的稳定边界点，并用无量纲的次拟临界数和过拟临界数建立稳定边界图，文中还考察一些重要参数对系统稳定边界、阶跃响应和衰减比的影响。研究结果发现，系统在拟临界点附近存在不稳定区域；增大系统阻力、流体入口速度或系统压力有利于系统稳定，但改变摩擦阻力或系统压力对系统稳定边界的影响并不明显；而增加加热段长度、增大水泵反馈函数或重力加速度不利于系统稳定。为了验证本文所述方法，将其与系统分析计算程序(SASC程序)相比较，发现二者的计算结果基本一致。为了简化，本文采用线性关系式模拟超临界水的焓随密度变化关系，并对此进行了误差分析。