水的相变是非常普遍的自然现象，在人类活动中发挥着巨大的作用。虽然人们从早就熟知相变现象，但其分子层面的微观机制并未被完全理解。成核是相变过程中的关键步骤，探测相变过程中瞬时共存相的形貌等特征对理解其微观机制十分重要。现有的描述成核过程的理论都过于简化临界核的形状、结构等特点，而且两相共存状态是热力学不稳定态，实验上很难观测到。因此本文利用分子动力学模拟技术，研究了全原子水模型的气液共存特征和冰的生长两种情况。　　本文提出了广义等温等压系综—分子动力学模拟方法，并用来研究了全原子水系统的气液相变的中间过程。发现此广义系综方法能够通过持续降温，连续地历经从气态、气液共存到液态的整个相变过程以及通过持续升温历经其相反过程，而不发生标准系综中的过饱和热滞现象。该方法不需要使用副本交换等增强抽样方法，因此可以研究较大的体系，多个独立的模拟即能获得整个气态液态区的平衡性质及共存相特征。本文还提出了计算共存界面面积的新方法，给出了水的气液共存界面形状随温度、压强的变化规律。发现低压时相变表现为一阶相变特征，由于较大的表面张力，两相界面近似球形。随着压强的升高，一阶相变特征逐渐消失，二阶相变特征出现，界面的表面张力变小，界面形状从球形变成无规则的形状。　　本文研究了表面活性剂分子对结冰的抑制作用，选用了离子型表面活性剂DTAB、SDS和中性表面活性剂NA、OA-12。通过分析表面活性剂分子可以自由运动、位置被约束、仅头部被保留三种模拟体系的结果，我们发现只有当表面活性剂分子稳定地吸附在冰面时，才会产生较强的抑制作用。表面活性剂分子远离冰面时，对结冰过程无影响，当分子随着冰的生长而被推离原位置时，抑制冰生长的效果较差。平行于冰面时的抑制效果要比垂直于冰面时的抑制效果强，即吸附的面积越大，对冰生长的抑制效果越强。四种表面活性剂分子的抑制效果的差别不明显，但分子头部对冰的抑制效果却存在一些差别，离子型表面活性剂的抑制效果强于中性表面活性剂的抑制效果。