威廉·约翰·麦夸恩·兰金(William John Macquorn Rankine)是一位苏格兰机械工程师，同时在土木工程、物理学和数学领域有所贡献。他与Rudolf Clausius和William Thomson Lord Kelvin一起，是热力学科学的创始贡献者，特别关注三大热力学定律中的第一定律。他开发了Rankine温标，相当于Kelvin温标，但采用华氏度而非摄氏度。
兰金发展了完整的蒸汽机理论，实际上是所有热机的理论。他在1850年代和1860年代出版的工程科学和实践手册在出版后的数十年间被广泛使用。从1840年起，他发表了数百篇科学和工程主题的论文和注记，兴趣极其广泛，包括年轻时的植物学、音乐理论和数论，以及成熟时期的大多数主要科学、数学和工程分支。
他是一位热情的业余歌手、钢琴家和大提琴手，创作了自己的幽默歌曲。
生平
兰金出生于Edinburgh，父亲是Lt David Rankin(原文如此)，一位来自军事背景的土木工程师，后来在Edinburgh到Dalkeith铁路(当地称为Innocent Railway)上工作。母亲是Barbara Grahame，来自一个著名的法律和银行家族。
他的父亲在苏格兰各地的项目间移动，全家人也随之搬迁。威廉最初在家接受教育，但后来就读于Ayr Academy(1828-29年)，随后就读于Glasgow高等学校(1830年)。约在1830年，全家搬到Edinburgh，当时父亲获得了Edinburgh到Dalkeith铁路经理的职位。全家随后住在Arniston Place 2号。
1834年，他被送往Edinburgh Lothian Road上的Scottish Naval and Military Academy，与数学家George Lee一起学习。那一年，威廉已经在数学方面有很高的造诣，并从叔叔那里收到了Isaac Newton的《Principia》(1687年原始拉丁文版本)作为礼物。
1836年，兰金开始在Edinburgh大学学习各种科学课题，包括在Robert Jameson指导下的自然历史和在James David Forbes指导下的自然哲学。在Forbes指导下，他因关于物理探究方法和光的波动或波浪理论的论文获得了奖项。在假期期间，他协助父亲工作，父亲从1830年起是Edinburgh和Dalkeith铁路的经理，后来是该铁路的实际财务管理者和工程师，该铁路将煤炭运入不断增长的城市。他于1838年离开Edinburgh大学，未获得学位，这在当时并不罕见，可能由于家庭财务困难，他成为了当时爱尔兰铁路委员会测量员Sir John Benjamin Macneill的学徒。在学徒期间，他开发了后来被称为Rankine方法的技术，用于铁路曲线的布局，充分利用经纬仪，在准确性和生产力上比现有方法有了实质性的改进。事实上，其他工程师也同时使用了这种技术——在1860年代，就Rankine的优先权问题曾出现过一场小的争议。
1842年也标志着兰金首次尝试将热现象约化为数学形式，但他因缺乏实验数据而感到沮丧。在同年晚些时候维多利亚女王视察苏格兰之际，他在Arthur's Seat组织建造了一座大篝火，在燃料下方设计有放射状的空气通道。这个篝火作为信号灯，引发了一系列横跨苏格兰的篝火。
1850年，他当选为Edinburgh皇家学会会员，提议人为教授James David Forbes。他获得了该学会1851-53年期间的Keith奖。他于1871年至1872年担任该学会副主席。
从1855年起，他担任Glasgow大学土木工程与力学教授。
他于1872年12月24日圣诞前夜晚上11点45分，在Glasgow Dowanhill的8 Albion Crescent(现称Dowanside Road)去世，仅52岁。他未曾结婚，也没有子女。他的死亡由叔叔Alex Grahame(他已故母亲的姻亲)登记。
热力学
兰金没有放弃，而是重新回到了他年轻时对热机机制的迷恋。尽管他关于循环流动的弹性涡旋的理论(其体积自发适应其环境)对于按现代观点形成的科学家来说听起来很奇幻，但到1849年，他已成功找到了饱和蒸汽压与温度之间的关系。第二年，他利用其理论建立了气体的温度、压力和密度之间的关系，以及液体蒸发潜热的表达式。他准确预测了饱和蒸汽明显比热为负这一令人惊讶的事实。
受到成功的鼓舞，1851年他着手计算热机效率，并以其理论为基础推导出一个原理：任何热机可能达到的最大效率仅是其运行的两个温度的函数。尽管Rudolf Clausius和William Thomson已经推导出过类似的结果，但兰金声称其结果仅基于其分子涡旋假设，而不是基于Carnot的理论或其他附加假设。这项工作标志了兰金发展更完整热理论的旅程的第一步。
兰金后来用能量及其转换的宏观描述重新表述了其分子理论的结果。他定义并区分了在动力过程中丧失的实际能量和由其替代的势能。他假设这两种能量的总和为常数，这个想法在能量守恒定律中应该已经(虽然可能不是很久)为人所知。从1854年起，他广泛使用其热力学函数，后来他意识到这与Clausius的熵相同。到1855年，兰金已经制定了能学科学，用能量及其转换而不是力和运动来描述动力学。该理论在1890年代影响很大。1859年，他提出了Rankine温标，一个绝对或热力学温标，其度数等于华氏度。
能学为兰金提供了一种替代的、更加主流的科学方法，从1850年代中期起，他对分子涡旋的使用频率降低了。但他仍然声称Maxwell关于电磁学的工作实际上是他模型的延伸。而且，在1864年，他辩称Clausius和James Clerk Maxwell基于线性原子运动提出的热微观理论是不充分的。直到1869年，兰金才承认这些竞争理论的成功。到那时，他自己的原子模型已经与Thomson的模型几乎相同。
正如他特别作为工程学教师的恒定目标，他使用自己的理论来开发多个实际结果并阐明其物理原理，包括：
- Rankine-Hugoniot方程，用于冲击波传播，控制垂直于来流的冲击波行为。它以物理学家Rankine和法国工程师Pierre Henri Hugoniot的名字命名；
- Rankine循环，对具有冷凝器的理想热机的分析。与其他热力学循环一样，Rankine循环的最大效率通过计算Carnot循环的最大效率得出；
- 蒸汽、气体和蒸汽的性质。
转子动力学的历史充满了理论与实践的相互作用。兰金在1869年首次对旋转轴进行了分析，但他的模型不够充分，他预测无法达到超临界速度。
疲劳研究
兰金是最早认识到铁路轴疲劳失效是由脆性裂纹的萌生和扩展引起的工程师之一。在1840年代初期，他检查了许多断裂的轴，特别是在1842年Versailles列车事故之后，当时一根机车轴突然断裂，导致50多名乘客丧生。他证明了轴是通过从肩部或轴上其他应力集中源(如键槽)处的脆性裂纹的逐步扩展而失效的。他获得了Joseph Glynn对失效轴进行的类似直接分析的支持，这些轴通过脆性裂纹的缓慢扩展而失效，这一过程现在被称为金属疲劳。Versailles列车事故中涉及的机车之一的前轴很可能以类似方式失效。兰金在提交给土木工程师学会的论文中提出了他的结论。然而，他的工作被许多工程师忽视了，这些工程师仍然坚持认为应力可能导致金属的"重结晶"，这个神话甚至持续到最近。重结晶理论是完全错误的，它阻碍了有价值的研究，直到几年后William Fairbairn的工作，证明了重复弯曲对大梁的削弱影响。尽管如此，疲劳仍然是一个严重且理解不足的现象，也是许多铁路和其他地方事故的根本原因。它仍然是一个严重的问题，但至少今天被更好地理解，因此可以通过仔细的设计来防止。
其他工作
兰金从1855年11月至1872年12月去世期间担任Glasgow大学土木工程与力学Regius教授，在土木和机械工程的多条研究线路上进行了工程研究。
兰金在1859年7月对Glasgow大学Officer Training Corps的前身2nd Lanarkshire Rifle Volunteer Corps的形成起了重要作用，1860年在其被编成第一营2nd Battalion, 1st Lanarkshire Rifle Volunteer Corps后成为少校；他一直服役到1864年，由于工作压力(其中大部分与舰船建筑有关)而辞职。
土木工程
由British Geotechnical Association组织的Rankine讲座以Rankine做出的重要贡献命名，包括：
- 框架结构中的力；
- 土壤力学；特别是在侧向土压力理论和挡土墙稳定方面。Rankine土压力分析方法以他的名字命名。
舰船建筑
兰金与Clyde造船厂密切合作，特别是与他的朋友和终身合作者James Robert Napier合作，使舰船建筑成为工程科学。他是1857年成立的Scotland工程师与造船商学会的创始会员和第一任主席。他是1860年成立的皇家舰船建筑师学会的早期会员，并出席了许多年度会议。与William Thomson和其他人一起，兰金是对有争议的HMS Captain沉没进行查询的委员会成员。
奖项和荣誉
- 皇家苏格兰艺术学会会员
- 土木工程师学会副会员，1843年，他从未成为全面会员
- Edinburgh皇家学会会员，1850年
- 伦敦皇家学会会员，1853年
- Edinburgh皇家学会Keith奖章，1854年
- Scotland工程师与造船商学会创始主席，1857年
- Trinity College, Dublin荣誉博士，1857年
- 瑞典皇家科学院外籍会员，1868年
- Rankine绝对华氏温标以他的名字命名。
- 月球东部边缘附近的小撞击坑Rankine也以他的名字命名。
- 2013年，他成为苏格兰工程名人堂的四位入选者之一。
出版物
- 《应用力学手册》1858年
- 《蒸汽机和其他原动机手册》1859年
- 《土木工程手册》1861年
- 《造船，理论与实践》1866年
- 《机械和磨坊工作手册》1869年
- 《热的机械作用论，尤其是在气体和蒸汽中》1850年，1850年2月4日在Edinburgh皇家学会宣读
- 《能量转换的一般规律论》1853年，在Glasgow哲学学会宣读
- 《有限纵向扰动波的热力学理论论》1869年
- 《能学科学纲要》1855年，在Glasgow哲学学会宣读
- Rankine, William John MacQuorn 1881. 《杂项科学论文集》。伦敦：Charles Griffin and Company出版。
