在核反应堆的真实物理世界中,会天然存在一定的不确定性,包括几何不确定性、初始条件和边界条件不确定性、物理混沌状态不确定性等,这类不确定性会使根据确定论假设模拟结果做出的决策存在失误风险。目前在核工程领域,采用“最佳估算程序+不确定性分析”方法取代传统的保守安全分析手段被世界各国、各组织所推崇,并随之产生了一系列针对系统程序的不确定性分析方法。随着计算机技术的不断发展和核安全分析对高保真度物理模型和有效精确计算程序的要求,诸如CFD数值模拟的高精度仿真技术被越来越多的应用于核电厂设计和安全分析领域中,而仿真精度提高的代价便是大量计算资源的消耗,这使得很多已经在系统程序应用上取得成功的以多次程序运行结果为量化基础的不确定性分析方法变得难以实施,因此,开展基于高精度仿真程序的堆芯热工水力计算不确定性分析方法的应用研究具有重要意义。为了减少不确定性分析所需计算量和充分利用成熟的商用CFD计算软件,本文以非嵌入式多项式混沌理论为基础,给出了适合应用于堆芯CFD计算的输入不确定性传播分析方案,并以核反应堆堆芯5×5光棒区冷却剂通道CFD模型为研究对象,开展了由边界条件引起的流场输出参数不确定度量化和敏感性分析,同时对相同的模型和输入参数使用传统的蒙特卡洛法进行了不确定性分析作为量化结果对比,验证了多项式混沌法具有足够的计算精度和极佳的计算经济性,可以应用于需要耗费庞大计算时间的堆芯热工水力计算中。之后在模型中引入燃料棒与冷却剂的换热模型,开展了考虑传热过程的不同工况下的光棒区冷却剂通道不确定性分析研究。除了光棒区之外,堆芯内还存在着一些复杂几何结构区域,而这些特殊的几何结构有可能会对流场的输入不确定性造成影响,基于这种考虑,本文以含定位格架、搅混翼的堆芯复杂结构区冷却剂通道CFD模型为研究对象,开展了基于多项式混沌法的不确定性分析研究,得到了复杂结构区的输出参数不确定性特点,同时给出了敏感性分析结果。最后,本文对比了使用高斯分布和均匀分布作为输入参数分布类型的不确定性分析结果,探讨了不同输入参数概率分布类型对多项式混沌法不确定性分析结果的影响。