source: palm/trunk/SOURCE/wind_turbine_model_mod.f90 @ 2257

Last change on this file since 2257 was 2257, checked in by witha, 4 years ago

Bugfix in PALM-WTM, modifications for lceddy

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 109.0 KB
Line 
1!> @file wind_turbine_model_mod.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 2009-2017 Carl von Ossietzky Universitaet Oldenburg
18! Copyright 1997-2017 Leibniz Universitaet Hannover
19!------------------------------------------------------------------------------!
20!
21! Current revisions:
22! -----------------
23!
24!
25! Former revisions:
26! -----------------
27! $Id: wind_turbine_model_mod.f90 2257 2017-06-07 14:07:05Z witha $
28! Bugfix: turb_cl_tab and turb_cd_tab were set to zero before being allocated
29!
30! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
31!
32! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
33! Adjustments to new topography concept
34!
35! 2152 2017-02-17 13:27:24Z lvollmer
36! Bugfix in subroutine wtm_read_blade_tables
37! Addition of a tip loss model
38!
39! 2015 2016-09-28 08:45:18Z lvollmer
40! Bugfix of pitch control
41!
42! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
43! Forced header and separation lines into 80 columns
44!
45! 1929 2016-06-09 16:25:25Z suehring
46! Bugfix: added preprocessor directives for parallel and serial mode
47!
48! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
49! Initial revision
50!
51!
52! Description:
53! ------------
54!> This module calculates the effect of wind turbines on the flow fields. The
55!> initial version contains only the advanced actuator disk with rotation method
56!> (ADM-R).
57!> The wind turbines include the tower effect, can be yawed and tilted.
58!> The wind turbine model includes controllers for rotational speed, pitch and
59!> yaw.
60!> Currently some specifications of the NREL 5 MW reference turbine
61!> are hardcoded whereas most input data comes from separate files (currently
62!> external, planned to be included as namelist which will be read in
63!> automatically).
64!>
65!> @todo Revise code according to PALM Coding Standard
66!> @todo Implement ADM and ALM turbine models
67!> @todo Generate header information
68!> @todo Implement further parameter checks and error messages
69!> @todo Revise and add code documentation
70!> @todo Output turbine parameters as timeseries
71!> @todo Include additional output variables
72!> @todo Revise smearing the forces for turbines in yaw
73!> @todo Revise nacelle and tower parameterization
74!> @todo Allow different turbine types in one simulation
75!
76!------------------------------------------------------------------------------!
77 MODULE wind_turbine_model_mod
78
79    USE arrays_3d,                                                             &
80        ONLY:  dd2zu, tend, u, v, w, zu, zw
81
82    USE constants
83
84    USE control_parameters,                                                    &
85        ONLY:  dt_3d, dz, message_string, simulated_time
86
87    USE cpulog,                                                                &
88        ONLY:  cpu_log, log_point_s
89
90    USE grid_variables,                                                        &
91        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
92
93    USE indices,                                                               &
94        ONLY:  nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr, nxrg, ny, nyn, nyng, nys, nysg, nz,   &
95               nzb, nzt, wall_flags_0
96
97    USE kinds
98
99    USE pegrid
100
101
102    IMPLICIT NONE
103
104    PRIVATE
105
106    LOGICAL ::  wind_turbine=.FALSE.   !< switch for use of wind turbine model
107
108!
109!-- Variables specified in the namelist wind_turbine_par
110
111    INTEGER(iwp) ::  nairfoils = 8   !< number of airfoils of the used turbine model (for ADM-R and ALM)
112    INTEGER(iwp) ::  nturbines = 1   !< number of turbines
113
114    LOGICAL ::  pitch_control = .FALSE.   !< switch for use of pitch controller
115    LOGICAL ::  speed_control = .FALSE.   !< switch for use of speed controller
116    LOGICAL ::  yaw_control   = .FALSE.   !< switch for use of yaw controller
117    LOGICAL ::  tl_cor        = .FALSE.    !< switch for use of tip loss correct.
118
119    REAL(wp) ::  segment_length  = 1.0_wp          !< length of the segments, the rotor area is divided into
120                                                   !< (in tangential direction, as factor of MIN(dx,dy,dz))
121    REAL(wp) ::  segment_width   = 0.5_wp          !< width of the segments, the rotor area is divided into
122                                                   !< (in radial direction, as factor of MIN(dx,dy,dz))
123    REAL(wp) ::  time_turbine_on = 0.0_wp          !< time at which turbines are started
124    REAL(wp) ::  tilt            = 0.0_wp          !< vertical tilt of the rotor [degree] ( positive = backwards )
125
126    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  dtow             = 0.0_wp  !< tower diameter [m]
127    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  omega_rot        = 0.0_wp  !< inital or constant rotor speed [rad/s]
128    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  phi_yaw          = 0.0_wp  !< yaw angle [degree] ( clockwise, 0 = facing west )
129    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  pitch_add        = 0.0_wp  !< constant pitch angle
130    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rcx        = 9999999.9_wp  !< position of hub in x-direction
131    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rcy        = 9999999.9_wp  !< position of hub in y-direction
132    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rcz        = 9999999.9_wp  !< position of hub in z-direction
133    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rnac             = 0.0_wp  !< nacelle diameter [m]
134    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rr              = 63.0_wp  !< rotor radius [m]
135    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  turb_cd_nacelle = 0.85_wp  !< drag coefficient for nacelle
136    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  turb_cd_tower    = 1.2_wp  !< drag coefficient for tower
137
138!
139!-- Variables specified in the namelist for speed controller
140!-- Default values are from the NREL 5MW research turbine (Jonkman, 2008)
141
142    REAL(wp) ::  rated_power    = 5296610.0_wp    !< rated turbine power [W]
143    REAL(wp) ::  gear_ratio     = 97.0_wp         !< Gear ratio from rotor to generator
144    REAL(wp) ::  inertia_rot    = 34784179.0_wp   !< Inertia of the rotor [kg/m2]
145    REAL(wp) ::  inertia_gen    = 534.116_wp      !< Inertia of the generator [kg/m2]
146    REAL(wp) ::  gen_eff        = 0.944_wp        !< Electric efficiency of the generator
147    REAL(wp) ::  gear_eff       = 1.0_wp          !< Loss between rotor and generator
148    REAL(wp) ::  air_dens       = 1.225_wp        !< Air density to convert to W [kg/m3]
149    REAL(wp) ::  rated_genspeed = 121.6805_wp     !< Rated generator speed [rad/s]
150    REAL(wp) ::  max_torque_gen = 47402.91_wp     !< Maximum of the generator torque [Nm]
151    REAL(wp) ::  slope2         = 2.332287_wp     !< Slope constant for region 2
152    REAL(wp) ::  min_reg2       = 91.21091_wp     !< Lower generator speed boundary of region 2 [rad/s]
153    REAL(wp) ::  min_reg15      = 70.16224_wp     !< Lower generator speed boundary of region 1.5 [rad/s]
154    REAL(wp) ::  max_trq_rate   = 15000.0_wp      !< Max generator torque increase [Nm/s]
155    REAL(wp) ::  pitch_rate     = 8.0_wp          !< Max pitch rate [degree/s]
156
157
158!
159!-- Variables specified in the namelist for yaw control
160
161    REAL(wp) ::  yaw_speed = 0.005236_wp   !< speed of the yaw actuator [rad/s]
162    REAL(wp) ::  max_miss = 0.08726_wp     !< maximum tolerated yaw missalignment [rad]
163    REAL(wp) ::  min_miss = 0.008726_wp    !< minimum yaw missalignment for which the actuator stops [rad]
164
165!
166!-- Set flag for output files TURBINE_PARAMETERS
167    TYPE file_status
168       LOGICAL ::  opened, opened_before
169    END TYPE file_status
170   
171    TYPE(file_status), DIMENSION(500) :: openfile_turb_mod =                   &
172                                         file_status(.FALSE.,.FALSE.)
173
174!
175!-- Variables for initialization of the turbine model
176
177    INTEGER(iwp) ::  inot         !< turbine loop index (turbine id)
178    INTEGER(iwp) ::  nsegs_max    !< maximum number of segments (all turbines, required for allocation of arrays)
179    INTEGER(iwp) ::  nrings_max   !< maximum number of rings (all turbines, required for allocation of arrays)
180    INTEGER(iwp) ::  ring         !< ring loop index (ring number)
181    INTEGER(iwp) ::  rr_int       !<
182    INTEGER(iwp) ::  upper_end    !<
183
184    INTEGER(iwp), DIMENSION(1) ::  lct   !<
185
186    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  i_hub     !< index belonging to x-position of the turbine
187    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  i_smear   !< index defining the area for the smearing of the forces (x-direction)
188    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  j_hub     !< index belonging to y-position of the turbine
189    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  j_smear   !< index defining the area for the smearing of the forces (y-direction)
190    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k_hub     !< index belonging to hub height
191    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k_smear   !< index defining the area for the smearing of the forces (z-direction)
192    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nrings    !< number of rings per turbine
193    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nsegs_total !< total number of segments per turbine
194
195    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  nsegs   !< number of segments per ring and turbine
196
197!
198!-  parameters for the smearing from the rotor to the cartesian grid   
199    REAL(wp) ::  pol_a            !< parameter for the polynomial smearing fct
200    REAL(wp) ::  pol_b            !< parameter for the polynomial smearing fct
201    REAL(wp) ::  delta_t_factor   !<
202    REAL(wp) ::  eps_factor       !< 
203    REAL(wp) ::  eps_min          !<
204    REAL(wp) ::  eps_min2         !<
205    REAL(wp) ::  sqrt_arg         !<
206
207!
208!-- Variables for the calculation of lift and drag coefficients
209    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  ard     !<
210    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  crd     !<
211    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  delta_r !< radial segment length
212    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  lrd     !<
213   
214    REAL(wp) ::  accu_cl_cd_tab = 0.1_wp  !< Accuracy of the interpolation of
215                                          !< the lift and drag coeff [deg]
216
217    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: turb_cd_tab   !< table of the blade drag coefficient
218    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: turb_cl_tab   !< table of the blade lift coefficient
219
220    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  nac_cd_surf  !< 3d field of the tower drag coefficient
221    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  tow_cd_surf  !< 3d field of the nacelle drag coefficient
222
223!
224!-- Variables for the calculation of the forces
225     
226    REAL(wp) ::  cur_r                       !<
227    REAL(wp) ::  delta_t                     !<  tangential segment length
228    REAL(wp) ::  phi_rotor                   !<
229    REAL(wp) ::  pre_factor                  !< 
230    REAL(wp) ::  torque_seg                  !<
231    REAL(wp) ::  u_int_l                     !<
232    REAL(wp) ::  u_int_u                     !<
233    REAL(wp) ::  u_rot                       !<
234    REAL(wp) ::  v_int_l                     !<
235    REAL(wp) ::  v_int_u                     !<
236    REAL(wp) ::  w_int_l                     !<
237    REAL(wp) ::  w_int_u                     !<
238!
239!-  Tendencies from the nacelle and tower thrust
240    REAL(wp) ::  tend_nac_x = 0.0_wp  !<
241    REAL(wp) ::  tend_tow_x = 0.0_wp  !<
242    REAL(wp) ::  tend_nac_y = 0.0_wp  !<
243    REAL(wp) ::  tend_tow_y = 0.0_wp  !<
244
245    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  alpha_attack !<
246    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  chord        !<
247    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  omega_gen    !< curr. generator speed
248    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  phi_rel      !<
249    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  pitch_add_old!<
250    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  torque_total !<
251    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  thrust_rotor !<
252    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  turb_cl      !<
253    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  turb_cd      !<
254    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vrel         !<
255    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vtheta       !<
256
257    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  rbx, rby, rbz     !< coordinates of the blade elements
258    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  rotx, roty, rotz  !< normal vectors to the rotor coordinates
259
260!
261!-  Fields for the interpolation of velocities on the rotor grid
262    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  u_int       !<
263    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  u_int_1_l   !<
264    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  v_int       !<
265    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  v_int_1_l   !<
266    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  w_int       !<
267    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  w_int_1_l   !<
268   
269!
270!-  rotor tendencies on the segments
271    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: thrust_seg   !<
272    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_seg_y !<
273    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_seg_z !<   
274
275!
276!-  rotor tendencies on the rings
277    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  thrust_ring       !<
278    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  torque_ring_y     !<
279    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  torque_ring_z     !<
280   
281!
282!-  rotor tendencies on rotor grids for all turbines
283    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  thrust      !<
284    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  torque_y    !<
285    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  torque_z    !<
286
287!
288!-  rotor tendencies on coordinate grid
289    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rot_tend_x  !<
290    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rot_tend_y  !<
291    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rot_tend_z  !<
292!   
293!-  variables for the rotation of the rotor coordinates       
294    REAL(wp), DIMENSION(1:100,1:3,1:3) ::  rot_coord_trans  !< matrix for rotation of rotor coordinates
295   
296    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rot_eigen_rad   !<
297    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rot_eigen_azi   !<
298    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rot_eigen_nor   !<
299    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  re              !<
300    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rea             !<
301    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  ren             !<
302    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rote            !<
303    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rota            !<
304    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rotn            !<
305
306!
307!-- Fixed variables for the speed controller
308
309    LOGICAL  ::  start_up = .TRUE.   !<
310   
311    REAL(wp) ::  Fcorner             !< corner freq for the controller low pass filter
312    REAL(wp) ::  min_reg25           !< min region 2.5
313    REAL(wp) ::  om_rate             !< rotor speed change
314    REAL(wp) ::  slope15             !< slope in region 1.5
315    REAL(wp) ::  slope25             !< slope in region 2.5
316    REAL(wp) ::  trq_rate            !< torque change
317    REAL(wp) ::  vs_sysp             !<
318    REAL(wp) ::  lp_coeff            !< coeff for the controller low pass filter
319   
320    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: omega_gen_old   !< last gen. speed
321    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: omega_gen_f     !< filtered gen. sp
322    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: omega_gen_f_old !< last filt. gen. sp
323    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_gen      !< generator torque
324    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_gen_old  !< last gen. torque
325
326    REAL(wp), DIMENSION(100) :: omega_rot_l = 0.0_wp !< local rot speed [rad/s]
327!
328!-- Fixed variables for the yaw controller
329
330    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  yawdir           !< direction to yaw
331    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  phi_yaw_l        !< local (cpu) yaw angle
332    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wd30_l           !< local (cpu) long running avg of the wd
333    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wd2_l            !< local (cpu) short running avg of the wd
334    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wdir             !< wind direction at hub
335    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  u_inflow         !< wind speed at hub
336    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wdir_l           !<
337    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  u_inflow_l       !<
338    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wd30             !<
339    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wd2              !<
340    LOGICAL,  DIMENSION(1:100)            ::  doyaw = .FALSE.  !<
341    INTEGER(iwp)                          ::  WDLON            !<
342    INTEGER(iwp)                          ::  WDSHO            !<
343
344
345    SAVE
346
347
348    INTERFACE wtm_parin
349       MODULE PROCEDURE wtm_parin
350    END INTERFACE wtm_parin
351   
352    INTERFACE wtm_check_parameters
353       MODULE PROCEDURE wtm_check_parameters
354    END INTERFACE wtm_check_parameters
355       
356    INTERFACE wtm_init_arrays
357       MODULE PROCEDURE wtm_init_arrays
358    END INTERFACE wtm_init_arrays
359
360    INTERFACE wtm_init
361       MODULE PROCEDURE wtm_init
362    END INTERFACE wtm_init
363   
364    INTERFACE wtm_read_blade_tables
365       MODULE PROCEDURE wtm_read_blade_tables
366    END INTERFACE wtm_read_blade_tables
367           
368    INTERFACE wtm_forces
369       MODULE PROCEDURE wtm_forces
370       MODULE PROCEDURE wtm_yawcontrol
371    END INTERFACE wtm_forces
372   
373    INTERFACE wtm_rotate_rotor
374       MODULE PROCEDURE wtm_rotate_rotor
375    END INTERFACE wtm_rotate_rotor
376   
377    INTERFACE wtm_speed_control
378       MODULE PROCEDURE wtm_init_speed_control
379       MODULE PROCEDURE wtm_speed_control
380    END INTERFACE wtm_speed_control
381
382    INTERFACE wtm_tendencies
383       MODULE PROCEDURE wtm_tendencies
384       MODULE PROCEDURE wtm_tendencies_ij
385    END INTERFACE wtm_tendencies
386   
387   
388    PUBLIC wtm_check_parameters, wtm_forces, wtm_init, wtm_init_arrays,        &
389           wtm_parin, wtm_tendencies, wtm_tendencies_ij, wind_turbine
390
391 CONTAINS
392
393
394!------------------------------------------------------------------------------!
395! Description:
396! ------------
397!> Parin for &wind_turbine_par for wind turbine model
398!------------------------------------------------------------------------------!
399    SUBROUTINE wtm_parin
400
401
402       IMPLICIT NONE
403       
404       INTEGER(iwp) ::  ierrn       !<
405
406       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current line of the parameter file
407
408       NAMELIST /wind_turbine_par/   air_dens, dtow, gear_eff, gear_ratio,     &
409                                  gen_eff, inertia_gen, inertia_rot, max_miss, &
410                                  max_torque_gen, max_trq_rate, min_miss,      &
411                                  min_reg15, min_reg2, nairfoils, nturbines,   &
412                                  omega_rot, phi_yaw, pitch_add, pitch_control,&
413                                  rated_genspeed, rated_power, rcx, rcy, rcz,  &
414                                  rnac, rr, segment_length, segment_width,     &
415                                  slope2, speed_control, tilt, time_turbine_on,&
416                                  turb_cd_nacelle, turb_cd_tower,              &
417                                  yaw_control, yaw_speed, tl_cor
418
419!
420!--    Try to find wind turbine model package
421       REWIND ( 11 )
422       line = ' '
423       DO  WHILE ( INDEX( line, '&wind_turbine_par' ) == 0 )
424          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
425       ENDDO
426       BACKSPACE ( 11 )
427
428!
429!--    Read user-defined namelist
430       READ ( 11, wind_turbine_par, IOSTAT=ierrn )
431       
432       IF ( ierrn < 0 )  THEN
433          message_string = 'errors in \$wind_turbine_par'
434          CALL message( 'wtm_parin', 'PA0???', 1, 2, 0, 6, 0 )
435       ENDIF
436       
437!
438!--    Set flag that indicates that the wind turbine model is switched on
439       wind_turbine = .TRUE.
440
441 10    CONTINUE   ! TBD Change from continue, mit ierrn machen
442
443
444    END SUBROUTINE wtm_parin
445
446    SUBROUTINE wtm_check_parameters
447
448   
449       IMPLICIT NONE
450   
451       IF ( ( .NOT.speed_control ) .AND. pitch_control )  THEN
452          message_string = 'pitch_control = .TRUE. requires '//                &
453                           'speed_control = .TRUE.'
454          CALL message( 'wtm_check_parameters', 'PA0???', 1, 2, 0, 6, 0 )
455       ENDIF
456       
457       IF ( ANY( omega_rot(1:nturbines) <= 0.0 ) )  THEN
458          message_string = 'omega_rot <= 0.0, Please set omega_rot to '     // &
459                           'a value larger than zero'
460          CALL message( 'wtm_check_parameters', 'PA0???', 1, 2, 0, 6, 0 )
461       ENDIF
462       
463       
464       IF ( ANY( rcx(1:nturbines) == 9999999.9_wp ) .OR.                       &
465            ANY( rcy(1:nturbines) == 9999999.9_wp ) .OR.                       &
466            ANY( rcz(1:nturbines) == 9999999.9_wp ) )  THEN
467         
468          message_string = 'rcx, rcy, rcz '                                 // &
469                           'have to be given for each turbine.'         
470          CALL message( 'wtm_check_parameters', 'PA0???', 1, 2, 0, 6, 0 )         
471         
472       ENDIF
473
474 
475    END SUBROUTINE wtm_check_parameters
476   
477                                       
478!------------------------------------------------------------------------------!
479! Description:
480! ------------
481!> Allocate wind turbine model arrays
482!------------------------------------------------------------------------------!
483    SUBROUTINE wtm_init_arrays
484
485
486       IMPLICIT NONE
487
488       REAL(wp) ::  delta_r_factor   !<
489       REAL(wp) ::  delta_r_init     !<
490
491!
492!--    To be able to allocate arrays with dimension of rotor rings and segments,
493!--    the maximum possible numbers of rings and segments have to be calculated:
494
495       ALLOCATE( nrings(1:nturbines) )
496       ALLOCATE( delta_r(1:nturbines) )
497
498       nrings(:)  = 0
499       delta_r(:) = 0.0_wp
500
501!
502!--    Thickness (radial) of each ring and length (tangential) of each segment:
503       delta_r_factor = segment_width
504       delta_t_factor = segment_length
505       delta_r_init   = delta_r_factor * MIN( dx, dy, dz)
506       delta_t        = delta_t_factor * MIN( dx, dy, dz)
507
508       DO inot = 1, nturbines
509!
510!--       Determine number of rings:
511          nrings(inot) = NINT( rr(inot) / delta_r_init )
512
513          delta_r(inot) = rr(inot) / nrings(inot)
514
515       ENDDO
516
517       nrings_max = MAXVAL(nrings)
518
519       ALLOCATE( nsegs(1:nrings_max,1:nturbines) )
520       ALLOCATE( nsegs_total(1:nturbines) )
521
522       nsegs(:,:)     = 0
523       nsegs_total(:) = 0
524
525
526       DO inot = 1, nturbines
527          DO ring = 1, nrings(inot)
528!
529!--          Determine number of segments for each ring:
530             nsegs(ring,inot) = MAX( 8, CEILING( delta_r_factor * pi *         &
531                                                 ( 2.0_wp * ring - 1.0_wp ) /  &
532                                                 delta_t_factor ) )
533          ENDDO
534!
535!--       Total sum of all rotor segments:
536          nsegs_total(inot) = SUM( nsegs(:,inot) )
537
538       ENDDO
539
540!
541!--    Maximum number of segments per ring:
542       nsegs_max = MAXVAL(nsegs)
543
544!!
545!!--    TODO: Folgendes im Header ausgeben!
546!       IF ( myid == 0 )  THEN
547!          PRINT*, 'nrings(1) = ', nrings(1)
548!          PRINT*, '--------------------------------------------------'
549!          PRINT*, 'nsegs(:,1) = ', nsegs(:,1)
550!          PRINT*, '--------------------------------------------------'
551!          PRINT*, 'nrings_max = ', nrings_max
552!          PRINT*, 'nsegs_max = ', nsegs_max
553!          PRINT*, 'nsegs_total(1) = ', nsegs_total(1)
554!       ENDIF
555
556
557!
558!--    Allocate 1D arrays (dimension = number of turbines)
559       ALLOCATE( i_hub(1:nturbines) )
560       ALLOCATE( i_smear(1:nturbines) )
561       ALLOCATE( j_hub(1:nturbines) )
562       ALLOCATE( j_smear(1:nturbines) )
563       ALLOCATE( k_hub(1:nturbines) )
564       ALLOCATE( k_smear(1:nturbines) )
565       ALLOCATE( torque_total(1:nturbines) )
566       ALLOCATE( thrust_rotor(1:nturbines) )
567
568!
569!--    Allocation of the 1D arrays for speed pitch_control
570       ALLOCATE( omega_gen(1:nturbines) )
571       ALLOCATE( omega_gen_old(1:nturbines) )
572       ALLOCATE( omega_gen_f(1:nturbines) )
573       ALLOCATE( omega_gen_f_old(1:nturbines) )
574       ALLOCATE( pitch_add_old(1:nturbines) )
575       ALLOCATE( torque_gen(1:nturbines) )
576       ALLOCATE( torque_gen_old(1:nturbines) )
577
578!
579!--    Allocation of the 1D arrays for yaw control
580       ALLOCATE( yawdir(1:nturbines) )
581       ALLOCATE( u_inflow(1:nturbines) )
582       ALLOCATE( wdir(1:nturbines) )
583       ALLOCATE( u_inflow_l(1:nturbines) )
584       ALLOCATE( wdir_l(1:nturbines) )
585       ALLOCATE( phi_yaw_l(1:nturbines) )
586       
587!
588!--    Allocate 1D arrays (dimension = number of rotor segments)
589       ALLOCATE( alpha_attack(1:nsegs_max) )
590       ALLOCATE( chord(1:nsegs_max) )
591       ALLOCATE( phi_rel(1:nsegs_max) )
592       ALLOCATE( thrust_seg(1:nsegs_max) )
593       ALLOCATE( torque_seg_y(1:nsegs_max) )
594       ALLOCATE( torque_seg_z(1:nsegs_max) )
595       ALLOCATE( turb_cd(1:nsegs_max) )
596       ALLOCATE( turb_cl(1:nsegs_max) )
597       ALLOCATE( vrel(1:nsegs_max) )
598       ALLOCATE( vtheta(1:nsegs_max) )
599
600!
601!--    Allocate 2D arrays (dimension = number of rotor rings and segments)
602       ALLOCATE( rbx(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
603       ALLOCATE( rby(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
604       ALLOCATE( rbz(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
605       ALLOCATE( thrust_ring(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
606       ALLOCATE( torque_ring_y(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
607       ALLOCATE( torque_ring_z(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
608
609!
610!--    Allocate additional 2D arrays
611       ALLOCATE( rotx(1:nturbines,1:3) )
612       ALLOCATE( roty(1:nturbines,1:3) )
613       ALLOCATE( rotz(1:nturbines,1:3) )
614
615!
616!--    Allocate 3D arrays (dimension = number of grid points)
617       ALLOCATE( nac_cd_surf(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
618       ALLOCATE( rot_tend_x(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
619       ALLOCATE( rot_tend_y(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
620       ALLOCATE( rot_tend_z(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
621       ALLOCATE( thrust(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
622       ALLOCATE( torque_y(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
623       ALLOCATE( torque_z(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
624       ALLOCATE( tow_cd_surf(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
625
626!
627!--    Allocate additional 3D arrays
628       ALLOCATE( u_int(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
629       ALLOCATE( u_int_1_l(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
630       ALLOCATE( v_int(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
631       ALLOCATE( v_int_1_l(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
632       ALLOCATE( w_int(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
633       ALLOCATE( w_int_1_l(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
634
635!
636!--    All of the arrays are initialized with a value of zero:
637       i_hub(:)                 = 0
638       i_smear(:)               = 0
639       j_hub(:)                 = 0
640       j_smear(:)               = 0
641       k_hub(:)                 = 0
642       k_smear(:)               = 0
643       
644       torque_total(:)          = 0.0_wp
645       thrust_rotor(:)          = 0.0_wp
646
647       omega_gen(:)             = 0.0_wp
648       omega_gen_old(:)         = 0.0_wp
649       omega_gen_f(:)           = 0.0_wp
650       omega_gen_f_old(:)       = 0.0_wp
651       pitch_add_old(:)         = 0.0_wp
652       torque_gen(:)            = 0.0_wp
653       torque_gen_old(:)        = 0.0_wp
654       
655       yawdir(:)                = 0.0_wp
656       wdir(:)                  = 0.0_wp
657       u_inflow(:)              = 0.0_wp
658
659!
660!--    Allocate 1D arrays (dimension = number of rotor segments)
661       alpha_attack(:)          = 0.0_wp
662       chord(:)                 = 0.0_wp
663       phi_rel(:)               = 0.0_wp
664       thrust_seg(:)            = 0.0_wp
665       torque_seg_y(:)          = 0.0_wp
666       torque_seg_z(:)          = 0.0_wp
667       turb_cd(:)               = 0.0_wp
668       turb_cl(:)               = 0.0_wp
669       vrel(:)                  = 0.0_wp
670       vtheta(:)                = 0.0_wp
671
672       rbx(:,:)                 = 0.0_wp
673       rby(:,:)                 = 0.0_wp
674       rbz(:,:)                 = 0.0_wp
675       thrust_ring(:,:)         = 0.0_wp
676       torque_ring_y(:,:)       = 0.0_wp
677       torque_ring_z(:,:)       = 0.0_wp
678
679       rotx(:,:)                = 0.0_wp
680       roty(:,:)                = 0.0_wp
681       rotz(:,:)                = 0.0_wp
682
683       nac_cd_surf(:,:,:)       = 0.0_wp
684       rot_tend_x(:,:,:)        = 0.0_wp
685       rot_tend_y(:,:,:)        = 0.0_wp
686       rot_tend_z(:,:,:)        = 0.0_wp
687       thrust(:,:,:)            = 0.0_wp
688       torque_y(:,:,:)          = 0.0_wp
689       torque_z(:,:,:)          = 0.0_wp
690       tow_cd_surf(:,:,:)       = 0.0_wp
691
692       u_int(:,:,:)             = 0.0_wp
693       u_int_1_l(:,:,:)         = 0.0_wp
694       v_int(:,:,:)             = 0.0_wp
695       v_int_1_l(:,:,:)         = 0.0_wp
696       w_int(:,:,:)             = 0.0_wp
697       w_int_1_l(:,:,:)         = 0.0_wp
698
699
700    END SUBROUTINE wtm_init_arrays
701
702
703!------------------------------------------------------------------------------!
704! Description:
705! ------------
706!> Initialization of the wind turbine model
707!------------------------------------------------------------------------------!
708    SUBROUTINE wtm_init
709
710   
711       IMPLICIT NONE
712
713       INTEGER(iwp) ::  i  !< running index
714       INTEGER(iwp) ::  j  !< running index
715       INTEGER(iwp) ::  k  !< running index
716       
717!
718!--    Help variables for the smearing function       
719       REAL(wp) ::  eps_kernel       !<       
720       
721!
722!--    Help variables for calculation of the tower drag       
723       INTEGER(iwp) ::  tower_n      !<
724       INTEGER(iwp) ::  tower_s      !<
725!
726!--    Help variables for the calulaction of the nacelle drag
727       INTEGER(iwp) ::  i_ip         !<
728       INTEGER(iwp) ::  i_ipg        !<
729       
730       REAL(wp) ::  yvalue               
731       REAL(wp) ::  dy_int           !<
732       REAL(wp) ::  dz_int           !<
733       
734       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: circle_points  !<
735             
736       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nacb       !<
737       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nacl       !<
738       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nacr       !<
739       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nact       !<
740       
741       ALLOCATE( index_nacb(1:nturbines) )
742       ALLOCATE( index_nacl(1:nturbines) )
743       ALLOCATE( index_nacr(1:nturbines) )
744       ALLOCATE( index_nact(1:nturbines) )
745
746
747       IF ( speed_control)  THEN
748       
749          CALL wtm_speed_control
750
751       ENDIF
752
753!
754!------------------------------------------------------------------------------!
755!--    Calculation of parameters for the regularization kernel
756!--    (smearing of the forces)
757!------------------------------------------------------------------------------!
758!
759!--    In the following, some of the required parameters for the smearing will
760!--    be calculated:
761
762!--    The kernel is set equal to twice the grid spacing which has turned out to
763!--    be a reasonable value (see e.g. Troldborg et al. (2013), Wind Energy,
764!--    DOI: 10.1002/we.1608):
765       eps_kernel = 2.0_wp * dx
766!
767!--    The zero point (eps_min) of the polynomial function must be the following
768!--    if the integral of the polynomial function (for values < eps_min) shall
769!--    be equal to the integral of the Gaussian function used before:
770       eps_min = ( 105.0_wp / 32.0_wp )**( 1.0_wp / 3.0_wp ) *                 &
771                 pi**( 1.0_wp / 6.0_wp ) * eps_kernel
772!
773!--    Square of eps_min:
774       eps_min2 = eps_min**2
775!
776!--    Parameters in the polynomial function:
777       pol_a = 1.0_wp / eps_min**4
778       pol_b = 2.0_wp / eps_min**2
779!
780!--    Normalization factor which is the inverse of the integral of the smearing
781!--    function:
782       eps_factor = 105.0_wp / ( 32.0_wp * pi * eps_min**3 )
783       
784!--    Change tilt angle to rad:
785       tilt = tilt * pi / 180.0_wp
786     
787!
788!--    Change yaw angle to rad:
789       phi_yaw(:) = phi_yaw(:) * pi / 180.0_wp
790
791
792       DO inot = 1, nturbines
793!
794!--       Rotate the rotor coordinates in case yaw and tilt are defined
795          CALL wtm_rotate_rotor( inot )
796         
797!
798!--       Determine the indices of the hub height
799          i_hub(inot) = INT(   rcx(inot)                 / dx )
800          j_hub(inot) = INT( ( rcy(inot) + 0.5_wp * dy ) / dy )
801          k_hub(inot) = INT( ( rcz(inot) + 0.5_wp * dz ) / dz )
802
803!
804!--       Determining the area to which the smearing of the forces is applied.
805!--       As smearing now is effectively applied only for distances smaller than
806!--       eps_min, the smearing area can be further limited and regarded as a
807!--       function of eps_min:
808          i_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) + eps_min ) / dx )
809          j_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) + eps_min ) / dy )
810          k_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) + eps_min ) / dz )
811       
812       ENDDO
813
814!
815!------------------------------------------------------------------------------!
816!--    Determine the area within each grid cell that overlaps with the area
817!--    of the nacelle and the tower (needed for calculation of the forces)
818!------------------------------------------------------------------------------!
819!
820!--    Note: so far this is only a 2D version, in that the mean flow is
821!--    perpendicular to the rotor area.
822
823!
824!--    Allocation of the array containing information on the intersection points
825!--    between rotor disk and the numerical grid:
826       upper_end = ( ny + 1 ) * 10000 
827
828       ALLOCATE( circle_points(1:2,1:upper_end) )
829       
830       circle_points(:,:) = 0.0_wp
831
832       
833       DO inot = 1, nturbines                     ! loop over number of turbines
834!
835!--       Determine the grid index (u-grid) that corresponds to the location of
836!--       the rotor center (reduces the amount of calculations in the case that
837!--       the mean flow is perpendicular to the rotor area):
838          i = i_hub(inot)
839
840!
841!--       Determine the left and the right edge of the nacelle (corresponding
842!--       grid point indices):
843          index_nacl(inot) = INT( ( rcy(inot) - rnac(inot) + 0.5_wp * dy ) / dy )
844          index_nacr(inot) = INT( ( rcy(inot) + rnac(inot) + 0.5_wp * dy ) / dy )
845!
846!--       Determine the bottom and the top edge of the nacelle (corresponding
847!--       grid point indices).The grid point index has to be increased by 1, as
848!--       the first level for the u-component (index 0) is situated below the
849!--       surface. All points between z=0 and z=dz/s would already be contained
850!--       in grid box 1.
851          index_nacb(inot) = INT( ( rcz(inot) - rnac(inot) ) / dz ) + 1
852          index_nact(inot) = INT( ( rcz(inot) + rnac(inot) ) / dz ) + 1
853
854!
855!--       Determine the indices of the grid boxes containing the left and
856!--       the right boundaries of the tower:
857          tower_n = ( rcy(inot) + 0.5_wp * dtow(inot) - 0.5_wp * dy ) / dy
858          tower_s = ( rcy(inot) - 0.5_wp * dtow(inot) - 0.5_wp * dy ) / dy
859
860!
861!--       Determine the fraction of the grid box area overlapping with the tower
862!--       area and multiply it with the drag of the tower:
863          IF ( ( nxlg <= i )  .AND.  ( nxrg >= i ) )  THEN
864
865             DO  j = nys, nyn
866!
867!--             Loop from south to north boundary of tower
868                IF ( ( j >= tower_s )  .AND.  ( j <= tower_n ) )  THEN
869
870                   DO  k = nzb, nzt
871
872                      IF ( k == k_hub(inot) )  THEN
873                         IF ( tower_n - tower_s >= 1 )  THEN
874!
875!--                      leftmost and rightmost grid box:
876                            IF ( j == tower_s )  THEN
877                               tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot) -              &
878                                    ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) )  *    & ! extension in z-direction
879                                  ( ( tower_s + 1.0_wp + 0.5_wp ) * dy    -    &
880                                    ( rcy(inot) - 0.5_wp * dtow(inot) ) ) *    & ! extension in y-direction
881                                  turb_cd_tower(inot)
882                            ELSEIF ( j == tower_n )  THEN
883                               tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot)            -   &
884                                    ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) )  *    & ! extension in z-direction
885                                  ( ( rcy(inot) + 0.5_wp * dtow(inot) )   -    &
886                                    ( tower_n + 0.5_wp ) * dy )           *    & ! extension in y-direction
887                                  turb_cd_tower(inot)
888!
889!--                         grid boxes inbetween
890!--                         (where tow_cd_surf = grid box area):
891                            ELSE
892                               tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot) -              &
893                                    ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) )  *    &
894                                    dy * turb_cd_tower(inot)
895                            ENDIF
896!
897!--                      tower lies completely within one grid box:
898                         ELSE
899                            tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot)                 - &
900                                       ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) ) *  &
901                                       dtow(inot) * turb_cd_tower(inot)
902                         ENDIF
903!
904!--                  In case that k is smaller than k_hub the following actions
905!--                  are carried out:
906                      ELSEIF ( k < k_hub(inot) )  THEN
907                     
908                         IF ( ( tower_n - tower_s ) >= 1 )  THEN
909!
910!--                         leftmost and rightmost grid box:
911                            IF ( j == tower_s )  THEN                         
912                               tow_cd_surf(k,j,i) = dz * (                     &
913                                      ( tower_s + 1 + 0.5_wp ) * dy         -  &
914                                      ( rcy(inot) - 0.5_wp * dtow(inot) )      &
915                                                        ) * turb_cd_tower(inot)
916                            ELSEIF ( j == tower_n )  THEN
917                               tow_cd_surf(k,j,i) = dz * (                     &
918                                      ( rcy(inot) + 0.5_wp * dtow(inot) )   -  &
919                                      ( tower_n + 0.5_wp ) * dy                &
920                                                         ) * turb_cd_tower(inot)
921!
922!--                         grid boxes inbetween
923!--                         (where tow_cd_surf = grid box area):
924                            ELSE
925                               tow_cd_surf(k,j,i) = dz * dy * turb_cd_tower(inot)
926                            ENDIF
927!
928!--                         tower lies completely within one grid box:
929                         ELSE
930                            tow_cd_surf(k,j,i) = dz * dtow(inot) *             &
931                                                turb_cd_tower(inot)
932                         ENDIF ! end if larger than grid box
933
934                      ENDIF    ! end if k == k_hub
935
936                   ENDDO       ! end loop over k
937
938                ENDIF          ! end if inside north and south boundary of tower
939
940             ENDDO             ! end loop over j
941
942          ENDIF                ! end if hub inside domain + ghostpoints
943       
944         
945          CALL exchange_horiz( tow_cd_surf, nbgp )
946
947!
948!--       Calculation of the nacelle area
949!--       CAUTION: Currently disabled due to segmentation faults on the FLOW HPC
950!--                cluster (Oldenburg)
951!!
952!!--       Tabulate the points on the circle that are required in the following for
953!!--       the calculation of the Riemann integral (node points; they are called
954!!--       circle_points in the following):
955!
956!          dy_int = dy / 10000.0_wp
957!
958!          DO  i_ip = 1, upper_end
959!             yvalue   = dy_int * ( i_ip - 0.5_wp ) + 0.5_wp * dy           !<--- segmentation fault
960!             sqrt_arg = rnac(inot)**2 - ( yvalue - rcy(inot) )**2          !<--- segmentation fault
961!             IF ( sqrt_arg >= 0.0_wp )  THEN
962!!
963!!--             bottom intersection point
964!                circle_points(1,i_ip) = rcz(inot) - SQRT( sqrt_arg )
965!!
966!!--             top intersection point
967!                circle_points(2,i_ip) = rcz(inot) + SQRT( sqrt_arg )       !<--- segmentation fault
968!             ELSE
969!                circle_points(:,i_ip) = -111111                            !<--- segmentation fault
970!             ENDIF
971!          ENDDO
972!
973!
974!          DO  j = nys, nyn
975!!
976!!--          In case that the grid box is located completely outside the nacelle
977!!--          (y) it can automatically be stated that there is no overlap between
978!!--          the grid box and the nacelle and consequently we can set
979!!--          nac_cd_surf(:,j,i) = 0.0:
980!             IF ( ( j >= index_nacl(inot) )  .AND.  ( j <= index_nacr(inot) ) )  THEN
981!                DO  k = nzb+1, nzt
982!!
983!!--                In case that the grid box is located completely outside the
984!!--                nacelle (z) it can automatically be stated that there is no
985!!--                overlap between the grid box and the nacelle and consequently
986!!--                we can set nac_cd_surf(k,j,i) = 0.0:
987!                   IF ( ( k >= index_nacb(inot) )  .OR.                           &
988!                        ( k <= index_nact(inot) ) )  THEN
989!!
990!!--                   For all other cases Riemann integrals are calculated.
991!!--                   Here, the points on the circle that have been determined
992!!--                   above are used in order to calculate the overlap between the
993!!--                   gridbox and the nacelle area (area approached by 10000
994!!--                   rectangulars dz_int * dy_int):
995!                      DO  i_ipg = 1, 10000
996!                         dz_int = dz
997!                         i_ip = j * 10000 + i_ipg
998!!
999!!--                      Determine the vertical extension dz_int of the circle
1000!!--                      within the current grid box:
1001!                         IF ( ( circle_points(2,i_ip) < zw(k) ) .AND.          &  !<--- segmentation fault
1002!                              ( circle_points(2,i_ip) >= zw(k-1) ) ) THEN
1003!                            dz_int = dz_int -                                  &  !<--- segmentation fault
1004!                                     ( zw(k) - circle_points(2,i_ip) )
1005!                         ENDIF
1006!                         IF ( ( circle_points(1,i_ip) <= zw(k) ) .AND.         &  !<--- segmentation fault
1007!                              ( circle_points(1,i_ip) > zw(k-1) ) ) THEN
1008!                            dz_int = dz_int -                                  &
1009!                                     ( circle_points(1,i_ip) - zw(k-1) )
1010!                         ENDIF
1011!                         IF ( zw(k-1) > circle_points(2,i_ip) ) THEN
1012!                            dz_int = 0.0_wp
1013!                         ENDIF
1014!                         IF ( zw(k) < circle_points(1,i_ip) ) THEN
1015!                            dz_int = 0.0_wp                     
1016!                         ENDIF
1017!                         IF ( ( nxlg <= i ) .AND. ( nxrg >= i ) ) THEN
1018!                            nac_cd_surf(k,j,i) = nac_cd_surf(k,j,i) +        &  !<--- segmentation fault
1019!                                                  dy_int * dz_int * turb_cd_nacelle(inot)
1020!                         ENDIF   
1021!                      ENDDO
1022!                   ENDIF
1023!                ENDDO
1024!             ENDIF
1025!
1026!          ENDDO
1027!       
1028!          CALL exchange_horiz( nac_cd_surf, nbgp )                                !<---  segmentation fault
1029
1030       ENDDO   ! end of loop over turbines
1031
1032       tow_cd_surf   = tow_cd_surf   / ( dx * dy * dz )      ! Normalize tower drag
1033       nac_cd_surf = nac_cd_surf / ( dx * dy * dz )      ! Normalize nacelle drag
1034
1035       CALL wtm_read_blade_tables
1036 
1037    END SUBROUTINE wtm_init
1038
1039
1040!------------------------------------------------------------------------------!
1041! Description:
1042! ------------
1043!> Read in layout of the rotor blade , the lift and drag tables
1044!> and the distribution of lift and drag tables along the blade
1045!------------------------------------------------------------------------------!
1046!
1047    SUBROUTINE wtm_read_blade_tables
1048
1049
1050       IMPLICIT NONE
1051
1052       INTEGER(iwp) ::  ii   !< running index
1053       INTEGER(iwp) ::  jj   !< running index
1054   
1055       INTEGER(iwp) ::  ierrn       !<
1056   
1057       CHARACTER(200) :: chmess     !< Read in string
1058
1059       INTEGER(iwp) ::  dlen        !< no. rows of local table
1060       INTEGER(iwp) ::  dlenbl      !< no. rows of cd, cl table
1061       INTEGER(iwp) ::  ialpha      !< table position of current alpha value
1062       INTEGER(iwp) ::  iialpha     !<
1063       INTEGER(iwp) ::  iir         !<
1064       INTEGER(iwp) ::  radres      !< radial resolution
1065       INTEGER(iwp) ::  t1          !< no. of airfoil
1066       INTEGER(iwp) ::  t2          !< no. of airfoil
1067       INTEGER(iwp) ::  trow        !<
1068       INTEGER(iwp) ::  dlenbl_int  !< no. rows of interpolated cd, cl tables
1069   
1070       REAL(wp) :: alpha_attack_i   !<
1071       REAL(wp) :: weight_a         !<
1072       REAL(wp) :: weight_b         !<
1073
1074       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: ttoint1    !<
1075       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: ttoint2    !<
1076   
1077       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cd_sel1   !<
1078       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cd_sel2   !<
1079       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cl_sel1   !<
1080       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cl_sel2   !<
1081       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: read_cl_cd     !< read in var array
1082             
1083       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE    :: alpha_attack_tab   !<
1084       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE    :: trad1              !<
1085       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE    :: trad2              !<         
1086       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE  :: turb_cd_table      !<
1087       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE  :: turb_cl_table      !<
1088                                         
1089       ALLOCATE ( read_cl_cd(1:2*nairfoils+1) )
1090
1091!
1092!--    Read in the distribution of lift and drag tables along the blade, the
1093!--    layout of the rotor blade and the lift and drag tables:
1094
1095       OPEN ( 201, FILE='WTM_DATA', STATUS='OLD', FORM='FORMATTED', IOSTAT=ierrn )
1096
1097       IF ( ierrn /= 0 )  THEN
1098          message_string = 'file WTM_DATA does not exist'
1099          CALL message( 'wtm_init', 'PA0???', 1, 2, 0, 6, 0 )
1100       ENDIF
1101!
1102!--    Read distribution table:
1103
1104       dlen = 0
1105
1106       READ ( 201, '(3/)' )
1107
1108       rloop3: DO
1109          READ ( 201, *, IOSTAT=ierrn ) chmess
1110          IF ( ierrn < 0  .OR.  chmess == '#'  .OR.  chmess == '')  EXIT rloop3
1111          dlen = dlen + 1
1112       ENDDO rloop3
1113
1114       ALLOCATE( trad1(1:dlen), trad2(1:dlen), ttoint1(1:dlen), ttoint2(1:dlen))
1115
1116       DO jj = 1,dlen+1
1117          BACKSPACE ( 201, IOSTAT=ierrn )
1118       ENDDO
1119
1120       DO jj = 1,dlen
1121          READ ( 201, * ) trad1(jj), trad2(jj), ttoint1(jj), ttoint2(jj)
1122       ENDDO
1123
1124!
1125!--    Read layout table:
1126
1127       dlen = 0 
1128
1129       READ ( 201, '(3/)')
1130
1131       rloop1: DO
1132          READ ( 201, *, IOSTAT=ierrn ) chmess
1133          IF ( ierrn < 0  .OR.  chmess == '#'  .OR.  chmess == '')  EXIT rloop1
1134          dlen = dlen + 1
1135       ENDDO rloop1
1136
1137       ALLOCATE( lrd(1:dlen), ard(1:dlen), crd(1:dlen) )
1138       DO jj = 1, dlen+1
1139          BACKSPACE ( 201, IOSTAT=ierrn )
1140       ENDDO             
1141       DO jj = 1, dlen
1142          READ ( 201, * ) lrd(jj), ard(jj), crd(jj) 
1143       ENDDO
1144
1145!
1146!--    Read tables (turb_cl(alpha),turb_cd(alpha) for the different profiles:
1147
1148       dlen = 0
1149
1150       READ ( 201, '(3/)' )
1151
1152       rloop2: DO
1153          READ ( 201, *, IOSTAT=ierrn ) chmess
1154          IF ( ierrn < 0  .OR.  chmess == '#'  .OR.  chmess == '')  EXIT rloop2
1155          dlen = dlen + 1
1156       ENDDO rloop2
1157
1158       ALLOCATE( alpha_attack_tab(1:dlen), turb_cl_table(1:dlen,1:nairfoils),  &
1159                 turb_cd_table(1:dlen,1:nairfoils) )
1160
1161       DO jj = 1,dlen+1
1162          BACKSPACE ( 201, IOSTAT=ierrn )
1163       ENDDO
1164
1165       DO jj = 1,dlen
1166          READ ( 201, * ) read_cl_cd
1167          alpha_attack_tab(jj) = read_cl_cd(1)
1168          DO ii= 1, nairfoils
1169             turb_cl_table(jj,ii) = read_cl_cd(ii*2)
1170             turb_cd_table(jj,ii) = read_cl_cd(ii*2+1)
1171          ENDDO
1172
1173       ENDDO
1174
1175       dlenbl = dlen
1176
1177       CLOSE ( 201 )
1178
1179!
1180!--    For each possible radial position (resolution: 0.1 m --> 630 values) and
1181!--    each possible angle of attack (resolution: 0.01 degrees --> 36000 values!)
1182!--    determine the lift and drag coefficient by interpolating between the
1183!--    tabulated values of each table (interpolate to current angle of attack)
1184!--    and between the tables (interpolate to current radial position):
1185
1186       ALLOCATE( turb_cl_sel1(0:dlenbl) ) 
1187       ALLOCATE( turb_cl_sel2(0:dlenbl) ) 
1188       ALLOCATE( turb_cd_sel1(0:dlenbl) )
1189       ALLOCATE( turb_cd_sel2(0:dlenbl) )
1190
1191       radres     = INT( rr(1) * 10.0_wp ) + 1_iwp
1192       dlenbl_int = INT( 360.0_wp / accu_cl_cd_tab ) + 1_iwp
1193
1194
1195       ALLOCATE( turb_cl_tab(0:dlenbl_int,1:radres) )
1196       ALLOCATE( turb_cd_tab(0:dlenbl_int,1:radres) )
1197
1198
1199       DO iir = 1, radres ! loop over radius
1200
1201          DO iialpha = 1, dlenbl_int  ! loop over angles
1202
1203             cur_r = ( iir - 1_iwp ) * 0.1_wp             
1204             alpha_attack_i = -180.0_wp + REAL( iialpha-1 ) * accu_cl_cd_tab
1205             ialpha = 1
1206
1207             DO WHILE ( ( alpha_attack_i > alpha_attack_tab(ialpha) ) .AND. (ialpha <= dlen ) )
1208                ialpha = ialpha + 1
1209             ENDDO
1210!
1211!--          Find position in table
1212             lct = MINLOC( ABS( trad1 - cur_r ) )
1213!                lct(1) = lct(1)
1214
1215             IF ( ( trad1(lct(1)) - cur_r ) .GT. 0.0 )  THEN
1216                lct(1) = lct(1) - 1
1217             ENDIF
1218
1219             trow = lct(1)
1220!
1221!--          Calculate weights for interpolation
1222             weight_a = ( trad2(trow) - cur_r ) / ( trad2(trow) - trad1(trow) )
1223             weight_b = ( cur_r - trad1(trow) ) / ( trad2(trow) - trad1(trow) )
1224             t1 = ttoint1(trow)
1225             t2 = ttoint2(trow)
1226
1227             IF ( t1 .EQ. t2 ) THEN  ! if both are the same, the weights are NaN
1228                weight_a = 0.5_wp    ! then do interpolate in between same twice
1229                weight_b = 0.5_wp    ! using 0.5 as weight
1230             ENDIF
1231
1232             IF ( t1 == 0 .AND. t2 == 0 ) THEN
1233                turb_cd_sel1 = 0.0_wp
1234                turb_cd_sel2 = 0.0_wp
1235                turb_cl_sel1 = 0.0_wp
1236                turb_cl_sel2 = 0.0_wp
1237             ELSE
1238                turb_cd_sel1 = turb_cd_table(:,t1)
1239                turb_cd_sel2 = turb_cd_table(:,t2)
1240                turb_cl_sel1 = turb_cl_table(:,t1)
1241                turb_cl_sel2 = turb_cl_table(:,t2)
1242             ENDIF
1243
1244!
1245!--          Interpolation of lift and drag coefficiencts on fine grid of radius
1246!--          segments and angles of attack
1247
1248             turb_cl_tab(iialpha,iir) = ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1249                                          alpha_attack_i ) /                   &
1250                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1251                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1252                                        ( weight_a * turb_cl_sel1(ialpha-1) +  &
1253                                          weight_b * turb_cl_sel2(ialpha-1) ) +&
1254                                        ( alpha_attack_i             -         &
1255                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) /       &
1256                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1257                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1258                                        ( weight_a * turb_cl_sel1(ialpha) +    &
1259                                          weight_b * turb_cl_sel2(ialpha) )
1260             turb_cd_tab(iialpha,iir) = ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1261                                          alpha_attack_i ) /                   &
1262                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1263                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1264                                        ( weight_a * turb_cd_sel1(ialpha-1) +  &
1265                                          weight_b * turb_cd_sel2(ialpha-1) ) +&
1266                                        ( alpha_attack_i             -         &
1267                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) /       &
1268                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1269                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1270                                        ( weight_a * turb_cd_sel1(ialpha) +    &
1271                                          weight_b * turb_cd_sel2(ialpha) )
1272   
1273          ENDDO   ! end loop over angles of attack
1274
1275       ENDDO   ! end loop over radius
1276   
1277    END SUBROUTINE wtm_read_blade_tables
1278
1279
1280!------------------------------------------------------------------------------!
1281! Description:
1282! ------------
1283!> The projection matrix for the coordinate system of therotor disc in respect
1284!> to the yaw and tilt angle of the rotor is calculated
1285!------------------------------------------------------------------------------!
1286    SUBROUTINE wtm_rotate_rotor( inot )
1287
1288
1289       IMPLICIT NONE
1290
1291       INTEGER(iwp) :: inot
1292!
1293!--    Calculation of the rotation matrix for the application of the tilt to
1294!--    the rotors
1295       rot_eigen_rad(1) = SIN( phi_yaw(inot) )    ! x-component of the radial eigenvector
1296       rot_eigen_rad(2) = COS( phi_yaw(inot) )    ! y-component of the radial eigenvector
1297       rot_eigen_rad(3) = 0.0_wp                  ! z-component of the radial eigenvector
1298
1299       rot_eigen_azi(1) = 0.0_wp                  ! x-component of the azimuth eigenvector
1300       rot_eigen_azi(2) = 0.0_wp                  ! y-component of the azimuth eigenvector
1301       rot_eigen_azi(3) = 1.0_wp                  ! z-component of the azimuth eigenvector
1302
1303       rot_eigen_nor(1) =  COS( phi_yaw(inot) )   ! x-component of the normal eigenvector
1304       rot_eigen_nor(2) = -SIN( phi_yaw(inot) )   ! y-component of the normal eigenvector
1305       rot_eigen_nor(3) = 0.0_wp                  ! z-component of the normal eigenvector
1306   
1307!
1308!--    Calculation of the coordinate transformation matrix to apply a tilt to
1309!--    the rotor. If tilt = 0, rot_coord_trans is a unit matrix.
1310
1311       rot_coord_trans(inot,1,1) = rot_eigen_rad(1)**2                   *     &
1312                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) ) + COS( tilt ) 
1313       rot_coord_trans(inot,1,2) = rot_eigen_rad(1) * rot_eigen_rad(2)   *     &
1314                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              -     &
1315                                   rot_eigen_rad(3) * SIN( tilt )
1316       rot_coord_trans(inot,1,3) = rot_eigen_rad(1) * rot_eigen_rad(3)   *     &
1317                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              +     &
1318                                   rot_eigen_rad(2) * SIN( tilt )
1319       rot_coord_trans(inot,2,1) = rot_eigen_rad(2) * rot_eigen_rad(1)   *     &
1320                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              +     &
1321                                   rot_eigen_rad(3) * SIN( tilt )
1322       rot_coord_trans(inot,2,2) = rot_eigen_rad(2)**2                   *     &
1323                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) ) + COS( tilt ) 
1324       rot_coord_trans(inot,2,3) = rot_eigen_rad(2) * rot_eigen_rad(3)   *     &
1325                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              -     &
1326                                   rot_eigen_rad(1) * SIN( tilt )
1327       rot_coord_trans(inot,3,1) = rot_eigen_rad(3) * rot_eigen_rad(1)   *     &
1328                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              -     &
1329                                   rot_eigen_rad(2) * SIN( tilt )
1330       rot_coord_trans(inot,3,2) = rot_eigen_rad(3) * rot_eigen_rad(2)   *     &
1331                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              +     &
1332                                   rot_eigen_rad(1) * SIN( tilt )
1333       rot_coord_trans(inot,3,3) = rot_eigen_rad(3)**2                   *     &
1334                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) ) + COS( tilt )
1335
1336!
1337!--    Vectors for the Transformation of forces from the rotor's spheric
1338!--    coordinate system to the cartesian coordinate system
1339       rotx(inot,:) = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rot_eigen_nor )
1340       roty(inot,:) = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rot_eigen_rad )
1341       rotz(inot,:) = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rot_eigen_azi )
1342   
1343    END SUBROUTINE wtm_rotate_rotor
1344
1345
1346!------------------------------------------------------------------------------!
1347! Description:
1348! ------------
1349!> Calculation of the forces generated by the wind turbine
1350!------------------------------------------------------------------------------!
1351    SUBROUTINE wtm_forces
1352
1353
1354       IMPLICIT NONE
1355
1356       CHARACTER (LEN=2) ::  turbine_id
1357
1358       INTEGER(iwp) ::  i, j, k          !< loop indices
1359       INTEGER(iwp) ::  inot             !< turbine loop index (turbine id)
1360       INTEGER(iwp) ::  iialpha, iir     !<
1361       INTEGER(iwp) ::  rseg, rseg_int   !<
1362       INTEGER(iwp) ::  ring, ring_int   !<
1363       INTEGER(iwp) ::  ii, jj, kk       !<
1364   
1365       REAL(wp)     ::  flag               !< flag to mask topography grid points
1366       REAL(wp)     ::  sin_rot, cos_rot   !<
1367       REAL(wp)     ::  sin_yaw, cos_yaw   !<
1368       
1369       REAL(wp) ::  aa, bb, cc, dd  !< interpolation distances
1370       REAL(wp) ::  gg              !< interpolation volume var 
1371       
1372       REAL(wp) ::  dist_u_3d, dist_v_3d, dist_w_3d  !< smearing distances
1373
1374       
1375!
1376!      Variables for pitch control
1377       REAL(wp)     ::  torque_max=0.0_wp
1378       LOGICAL      ::  pitch_sw=.FALSE.
1379
1380       INTEGER(iwp), DIMENSION(1) :: lct=0
1381       REAL(wp), DIMENSION(1)     :: rad_d=0.0_wp
1382       
1383       REAL(wp) :: tl_factor !< factor for tip loss correction
1384
1385
1386       CALL cpu_log( log_point_s(61), 'wtm_forces', 'start' )
1387
1388
1389       IF ( simulated_time >= time_turbine_on ) THEN
1390
1391!
1392!--       Set forces to zero for each new time step:
1393          thrust(:,:,:)         = 0.0_wp
1394          torque_y(:,:,:)       = 0.0_wp
1395          torque_z(:,:,:)       = 0.0_wp
1396          torque_total(:)       = 0.0_wp
1397          rot_tend_x(:,:,:)     = 0.0_wp
1398          rot_tend_y(:,:,:)     = 0.0_wp
1399          rot_tend_z(:,:,:)     = 0.0_wp
1400          thrust_rotor(:)       = 0.0_wp
1401!
1402!--       Loop over number of turbines:
1403          DO inot = 1, nturbines
1404
1405             cos_yaw = COS(phi_yaw(inot))
1406             sin_yaw = SIN(phi_yaw(inot))
1407!
1408!--          Loop over rings of each turbine:
1409             DO ring = 1, nrings(inot)
1410
1411                thrust_seg(:)   = 0.0_wp
1412                torque_seg_y(:) = 0.0_wp
1413                torque_seg_z(:) = 0.0_wp
1414!
1415!--             Determine distance between each ring (center) and the hub:
1416                cur_r = (ring - 0.5_wp) * delta_r(inot)
1417
1418!
1419!--             Loop over segments of each ring of each turbine:
1420                DO rseg = 1, nsegs(ring,inot)
1421!
1422!--                !-----------------------------------------------------------!
1423!--                !-- Determine coordinates of the ring segments            --!
1424!--                !-----------------------------------------------------------!
1425!
1426!--                Determine angle of ring segment towards zero degree angle of
1427!--                rotor system (at zero degree rotor direction vectors aligned
1428!--                with y-axis):
1429                   phi_rotor = rseg * 2.0_wp * pi / nsegs(ring,inot)
1430                   cos_rot   = COS( phi_rotor )
1431                   sin_rot   = SIN( phi_rotor )
1432
1433!--                Now the direction vectors can be determined with respect to
1434!--                the yaw and tilt angle:
1435                   re(1) = cos_rot * sin_yaw
1436                   re(2) = cos_rot * cos_yaw   
1437                   re(3) = sin_rot
1438
1439                   rote = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), re )
1440!
1441!--                Coordinates of the single segments (center points):
1442                   rbx(ring,rseg) = rcx(inot) + cur_r * rote(1)
1443                   rby(ring,rseg) = rcy(inot) + cur_r * rote(2)
1444                   rbz(ring,rseg) = rcz(inot) + cur_r * rote(3)
1445
1446!--                !-----------------------------------------------------------!
1447!--                !-- Interpolation of the velocity components from the     --!
1448!--                !-- cartesian grid point to the coordinates of each ring  --!
1449!--                !-- segment (follows a method used in the particle model) --!
1450!--                !-----------------------------------------------------------!
1451
1452                   u_int(inot,ring,rseg)     = 0.0_wp
1453                   u_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1454
1455                   v_int(inot,ring,rseg)     = 0.0_wp
1456                   v_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1457
1458                   w_int(inot,ring,rseg)     = 0.0_wp
1459                   w_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1460
1461!
1462!--                Interpolation of the u-component:
1463
1464                   ii =   rbx(ring,rseg) * ddx
1465                   jj = ( rby(ring,rseg) - 0.5_wp * dy ) * ddy
1466                   kk = ( rbz(ring,rseg) - 0.5_wp * dz ) / dz
1467!
1468!--                Interpolate only if all required information is available on
1469!--                the current PE:
1470                   IF ( ( ii >= nxl )  .AND.  ( ii <= nxr ) )  THEN
1471                      IF ( ( jj >= nys )  .AND.  ( jj <= nyn ) )  THEN
1472
1473                         aa = ( ( ii + 1          ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1474                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1475                         bb = ( rbx(ring,rseg) - ii * dx )                  *  &
1476                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1477                         cc = ( ( ii+1            ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1478                              ( rby(ring,rseg) - ( jj + 0.5_wp ) * dy )
1479                         dd = ( rbx(ring,rseg) -              ii * dx )     *  &
1480                              ( rby(ring,rseg) - ( jj + 0.5_wp ) * dy ) 
1481                         gg = dx * dy
1482
1483                         u_int_l = ( aa * u(kk,jj,ii)     +                    &
1484                                     bb * u(kk,jj,ii+1)   +                    &
1485                                     cc * u(kk,jj+1,ii)   +                    &
1486                                     dd * u(kk,jj+1,ii+1)                      &
1487                                   ) / gg
1488
1489                         u_int_u = ( aa * u(kk+1,jj,ii)     +                  &
1490                                     bb * u(kk+1,jj,ii+1)   +                  &
1491                                     cc * u(kk+1,jj+1,ii)   +                  &
1492                                     dd * u(kk+1,jj+1,ii+1)                    &
1493                                   ) / gg
1494
1495                         u_int_1_l(inot,ring,rseg) = u_int_l          +        &
1496                                     ( rbz(ring,rseg) - zu(kk) ) / dz *        &
1497                                     ( u_int_u - u_int_l )
1498
1499                      ELSE
1500                         u_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1501                      ENDIF
1502                   ELSE
1503                      u_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1504                   ENDIF
1505
1506
1507!
1508!--                Interpolation of the v-component:
1509                   ii = ( rbx(ring,rseg) - 0.5_wp * dx ) * ddx
1510                   jj =   rby(ring,rseg)                 * ddy
1511                   kk = ( rbz(ring,rseg) + 0.5_wp * dz ) / dz
1512!
1513!--                Interpolate only if all required information is available on
1514!--                the current PE:
1515                   IF ( ( ii >= nxl )  .AND.  ( ii <= nxr ) )  THEN
1516                      IF ( ( jj >= nys )  .AND.  ( jj <= nyn ) )  THEN
1517
1518                         aa = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1519                              ( ( jj + 1 )          * dy - rby(ring,rseg) )
1520                         bb = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1521                              ( ( jj + 1 ) * dy          - rby(ring,rseg) )
1522                         cc = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1523                              ( rby(ring,rseg)           -        jj * dy )
1524                         dd = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1525                              ( rby(ring,rseg)           -        jj * dy )
1526                         gg = dx * dy
1527
1528                         v_int_l = ( aa * v(kk,jj,ii)     +                    &
1529                                     bb * v(kk,jj,ii+1)   +                    &
1530                                     cc * v(kk,jj+1,ii)   +                    &
1531                                     dd * v(kk,jj+1,ii+1)                      &
1532                                   ) / gg
1533
1534                         v_int_u = ( aa * v(kk+1,jj,ii)     +                  &
1535                                     bb * v(kk+1,jj,ii+1)   +                  &
1536                                     cc * v(kk+1,jj+1,ii)   +                  &
1537                                     dd * v(kk+1,jj+1,ii+1)                    &
1538                                  ) / gg
1539
1540                         v_int_1_l(inot,ring,rseg) = v_int_l +                 &
1541                                     ( rbz(ring,rseg) - zu(kk) ) / dz *        &
1542                                     ( v_int_u - v_int_l )
1543
1544                      ELSE
1545                         v_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1546                      ENDIF
1547                   ELSE
1548                      v_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1549                   ENDIF
1550
1551
1552!
1553!--                Interpolation of the w-component:
1554                   ii = ( rbx(ring,rseg) - 0.5_wp * dx ) * ddx
1555                   jj = ( rby(ring,rseg) - 0.5_wp * dy ) * ddy
1556                   kk =   rbz(ring,rseg)                 / dz
1557!
1558!--                Interpolate only if all required information is available on
1559!--                the current PE:
1560                   IF ( ( ii >= nxl )  .AND.  ( ii <= nxr ) )  THEN
1561                      IF ( ( jj >= nys )  .AND.  ( jj <= nyn ) )  THEN
1562
1563                         aa = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1564                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1565                         bb = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1566                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1567                         cc = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1568                              ( rby(ring,rseg)     - ( jj + 0.5_wp ) * dy )
1569                         dd = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1570                              ( rby(ring,rseg)     - ( jj + 0.5_wp ) * dy )
1571                         gg = dx * dy
1572
1573                         w_int_l = ( aa * w(kk,jj,ii)     +                    &
1574                                     bb * w(kk,jj,ii+1)   +                    &
1575                                     cc * w(kk,jj+1,ii)   +                    &
1576                                     dd * w(kk,jj+1,ii+1)                      &
1577                                   ) / gg
1578
1579                         w_int_u = ( aa * w(kk+1,jj,ii)     +                  &
1580                                     bb * w(kk+1,jj,ii+1)   +                  &
1581                                     cc * w(kk+1,jj+1,ii)   +                  &
1582                                     dd * w(kk+1,jj+1,ii+1)                    &
1583                                    ) / gg
1584
1585                         w_int_1_l(inot,ring,rseg) = w_int_l +                 &
1586                                     ( rbz(ring,rseg) - zw(kk) ) / dz *        &
1587                                     ( w_int_u - w_int_l )
1588                      ELSE
1589                         w_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1590                      ENDIF
1591                   ELSE
1592                      w_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1593                   ENDIF
1594
1595                ENDDO
1596             ENDDO
1597
1598          ENDDO
1599
1600!
1601!--       Exchange between PEs (information required on each PE):
1602#if defined( __parallel )
1603          CALL MPI_ALLREDUCE( u_int_1_l, u_int, nturbines * MAXVAL(nrings) *   &
1604                              MAXVAL(nsegs), MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1605          CALL MPI_ALLREDUCE( v_int_1_l, v_int, nturbines * MAXVAL(nrings) *   &
1606                              MAXVAL(nsegs), MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1607          CALL MPI_ALLREDUCE( w_int_1_l, w_int, nturbines * MAXVAL(nrings) *   &
1608                              MAXVAL(nsegs), MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1609#else
1610          u_int = u_int_1_l
1611          v_int = v_int_1_l
1612          w_int = w_int_1_l
1613#endif
1614
1615
1616!
1617!--       Loop over number of turbines:
1618
1619          DO inot = 1, nturbines
1620pit_loop: DO
1621
1622             IF ( pitch_sw )  THEN
1623                torque_total(inot) = 0.0_wp
1624                thrust_rotor(inot) = 0.0_wp
1625                pitch_add(inot)    = pitch_add(inot) + 0.25_wp
1626!                 IF ( myid == 0 ) PRINT*, 'Pitch', inot, pitch_add(inot)
1627             ELSE
1628                cos_yaw = COS(phi_yaw(inot))
1629                sin_yaw = SIN(phi_yaw(inot))
1630                IF ( pitch_control )  THEN
1631                   pitch_add(inot) = MAX(pitch_add_old(inot) - pitch_rate *    &
1632                                         dt_3d , 0.0_wp )
1633                ENDIF
1634             ENDIF
1635
1636!
1637!--          Loop over rings of each turbine:
1638             DO ring = 1, nrings(inot)
1639!
1640!--             Determine distance between each ring (center) and the hub:
1641                cur_r = (ring - 0.5_wp) * delta_r(inot)
1642!
1643!--             Loop over segments of each ring of each turbine:
1644                DO rseg = 1, nsegs(ring,inot)
1645!
1646!--                Determine angle of ring segment towards zero degree angle of
1647!--                rotor system (at zero degree rotor direction vectors aligned
1648!--                with y-axis):
1649                   phi_rotor = rseg * 2.0_wp * pi / nsegs(ring,inot)
1650                   cos_rot   = COS(phi_rotor)
1651                   sin_rot   = SIN(phi_rotor)
1652!
1653!--                Now the direction vectors can be determined with respect to
1654!--                the yaw and tilt angle:
1655                   re(1) = cos_rot * sin_yaw
1656                   re(2) = cos_rot * cos_yaw
1657                   re(3) = sin_rot
1658
1659!                  The current unit vector in azimuthal direction:                         
1660                   rea(1) = - sin_rot * sin_yaw
1661                   rea(2) = - sin_rot * cos_yaw
1662                   rea(3) =   cos_rot
1663
1664!
1665!--                To respect the yawing angle for the calculations of
1666!--                velocities and forces the unit vectors perpendicular to the
1667!--                rotor area in direction of the positive yaw angle are defined:
1668                   ren(1) =   cos_yaw
1669                   ren(2) = - sin_yaw
1670                   ren(3) = 0.0_wp
1671!
1672!--                Multiplication with the coordinate transformation matrix
1673!--                gives the final unit vector with consideration of the rotor
1674!--                tilt:
1675                   rote = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), re )
1676                   rota = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rea )
1677                   rotn = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), ren )
1678!
1679!--                Coordinates of the single segments (center points):
1680                   rbx(ring,rseg) = rcx(inot) + cur_r * rote(1)
1681
1682                   rby(ring,rseg) = rcy(inot) + cur_r * rote(2)
1683
1684                   rbz(ring,rseg) = rcz(inot) + cur_r * rote(3)
1685
1686!
1687!--                !-----------------------------------------------------------!
1688!--                !-- Calculation of various angles and relative velocities --!
1689!--                !-----------------------------------------------------------!
1690!
1691!--                In the following the 3D-velocity field is projected its
1692!--                components perpedicular and parallel to the rotor area
1693!--                The calculation of forces will be done in the rotor-
1694!--                coordinates y' and z.
1695!--                The yaw angle will be reintroduced when the force is applied
1696!--                on the hydrodynamic equations
1697!
1698!--                Projection of the xy-velocities relative to the rotor area
1699!
1700!--                Velocity perpendicular to the rotor area:
1701                   u_rot = u_int(inot,ring,rseg)*rotn(1) +                     &
1702                   v_int(inot,ring,rseg)*rotn(2) +                             &
1703                   w_int(inot,ring,rseg)*rotn(3)
1704!
1705!--                Projection of the 3D-velocity vector in the azimuthal
1706!--                direction:
1707                   vtheta(rseg) = rota(1) * u_int(inot,ring,rseg) +            & 
1708                                  rota(2) * v_int(inot,ring,rseg) +            &
1709                                  rota(3) * w_int(inot,ring,rseg)
1710!
1711!--                Determination of the angle phi_rel between the rotor plane
1712!--                and the direction of the flow relative to the rotor:
1713
1714                   phi_rel(rseg) = ATAN( u_rot /                               &
1715                                         ( omega_rot(inot) * cur_r -           &
1716                                           vtheta(rseg) ) )
1717
1718!
1719!--                Interpolation of the local pitch angle from tabulated values
1720!--                to the current radial position:
1721
1722                   lct=minloc(ABS(cur_r-lrd))
1723                   rad_d=cur_r-lrd(lct)
1724                   
1725                   IF (cur_r == 0.0_wp) THEN
1726                      alpha_attack(rseg) = 0.0_wp
1727                   ELSE IF (cur_r >= lrd(size(ard))) THEN
1728                      alpha_attack(rseg) = ( ard(size(ard)) +                  &
1729                                             ard(size(ard)-1) ) / 2.0_wp
1730                   ELSE
1731                      alpha_attack(rseg) = ( ard(lct(1)) *  &
1732                                             ( ( lrd(lct(1)+1) - cur_r ) /     &
1733                                               ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) &
1734                                             ) ) + ( ard(lct(1)+1) *           &
1735                                             ( ( cur_r - lrd(lct(1)) ) /       &
1736                                               ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) ) )
1737                   ENDIF
1738
1739!
1740!--                In Fortran radian instead of degree is used as unit for all
1741!--                angles. Therefore, a transformation from angles given in
1742!--                degree to angles given in radian is necessary here:
1743                   alpha_attack(rseg) = alpha_attack(rseg) *                   &
1744                                        ( (2.0_wp*pi) / 360.0_wp )
1745!
1746!--                Substraction of the local pitch angle to obtain the local
1747!--                angle of attack:
1748                   alpha_attack(rseg) = phi_rel(rseg) - alpha_attack(rseg)
1749!
1750!--                Preliminary transformation back from angles given in radian
1751!--                to angles given in degree:
1752                   alpha_attack(rseg) = alpha_attack(rseg) *                   &
1753                                        ( 360.0_wp / (2.0_wp*pi) )
1754!
1755!--                Correct with collective pitch angle:
1756                   alpha_attack = alpha_attack - pitch_add(inot)
1757
1758!
1759!--                Determination of the magnitude of the flow velocity relative
1760!--                to the rotor:
1761                   vrel(rseg) = SQRT( u_rot**2 +                               &
1762                                      ( omega_rot(inot) * cur_r -              &
1763                                        vtheta(rseg) )**2 )
1764
1765!
1766!--                !-----------------------------------------------------------!
1767!--                !-- Interpolation of chord as well as lift and drag       --!
1768!--                !-- coefficients from tabulated values                    --!
1769!--                !-----------------------------------------------------------!
1770
1771!
1772!--                Interpolation of the chord_length from tabulated values to
1773!--                the current radial position:
1774
1775                   IF (cur_r == 0.0_wp) THEN
1776                      chord(rseg) = 0.0_wp
1777                   ELSE IF (cur_r >= lrd(size(crd))) THEN
1778                      chord(rseg) = (crd(size(crd)) + ard(size(crd)-1)) / 2.0_wp
1779                   ELSE
1780                      chord(rseg) = ( crd(lct(1)) *                            &
1781                            ( ( lrd(lct(1)+1) - cur_r ) /                      &
1782                              ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) ) ) +            &
1783                            ( crd(lct(1)+1) *                                  &
1784                            ( ( cur_r-lrd(lct(1)) ) /                          &
1785                              ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) ) )
1786                   ENDIF
1787
1788!
1789!--                Determine index of current angle of attack, needed for
1790!--                finding the appropriate interpolated values of the lift and
1791!--                drag coefficients (-180.0 degrees = 0, +180.0 degrees = 36000,
1792!--                so one index every 0.01 degrees):
1793                   iialpha = CEILING( ( alpha_attack(rseg) + 180.0_wp )        &
1794                                      * ( 1.0_wp / accu_cl_cd_tab ) )
1795!
1796!--                Determine index of current radial position, needed for
1797!--                finding the appropriate interpolated values of the lift and
1798!--                drag coefficients (one index every 0.1 m):
1799                   iir = CEILING( cur_r * 10.0_wp )
1800!
1801!--                Read in interpolated values of the lift and drag coefficients
1802!--                for the current radial position and angle of attack:
1803                   turb_cl(rseg) = turb_cl_tab(iialpha,iir)
1804                   turb_cd(rseg) = turb_cd_tab(iialpha,iir)
1805
1806!
1807!--                Final transformation back from angles given in degree to
1808!--                angles given in radian:
1809                   alpha_attack(rseg) = alpha_attack(rseg) *                   &
1810                                        ( (2.0_wp*pi) / 360.0_wp )
1811
1812                   IF ( tl_cor )  THEN
1813                   
1814!--                  Tip loss correction following Schito
1815!--                  Schito applies the tip loss correction only to the lift force
1816!--                  Therefore, the tip loss correction is only applied to the lift
1817!--                  coefficient and not to the drag coefficient in our case
1818!--                 
1819                     tl_factor = ( 2.0 / pi ) *                                &
1820                          ACOS( EXP( -1.0 * ( 3.0 * ( rr(inot) - cur_r ) /     &
1821                          ( 2.0 * cur_r * abs( sin( phi_rel(rseg) ) ) ) ) ) )
1822                         
1823                     turb_cl(rseg)  = tl_factor * turb_cl(rseg)                                 
1824                                 
1825                   END IF               
1826!
1827!--                !-----------------------------------------------------!
1828!--                !-- Calculation of the forces                       --!
1829!--                !-----------------------------------------------------!
1830
1831!
1832!--                Calculate the pre_factor for the thrust and torque forces:
1833
1834                   pre_factor = 0.5_wp * (vrel(rseg)**2) * 3.0_wp *  &
1835                                chord(rseg) * delta_r(inot) / nsegs(ring,inot)
1836
1837!
1838!--                Calculate the thrust force (x-component of the total force)
1839!--                for each ring segment:
1840                   thrust_seg(rseg) = pre_factor *                             &
1841                                      ( turb_cl(rseg) * COS(phi_rel(rseg)) +   &
1842                                        turb_cd(rseg) * SIN(phi_rel(rseg)) )
1843
1844!
1845!--                Determination of the second of the additional forces acting
1846!--                on the flow in the azimuthal direction: force vector as basis
1847!--                for torque (torque itself would be the vector product of the
1848!--                radius vector and the force vector):
1849                   torque_seg = pre_factor *                                   &
1850                                ( turb_cl(rseg) * SIN(phi_rel(rseg)) -         &
1851                                  turb_cd(rseg) * COS(phi_rel(rseg)) )
1852!
1853!--                Decomposition of the force vector into two parts:
1854!--                One acting along the y-direction and one acting along the
1855!--                z-direction of the rotor coordinate system:
1856
1857                   torque_seg_y(rseg) = -torque_seg * sin_rot
1858                   torque_seg_z(rseg) =  torque_seg * cos_rot
1859
1860!
1861!--                Add the segment thrust to the thrust of the whole rotor
1862                   thrust_rotor(inot) = thrust_rotor(inot) +                   &
1863                                        thrust_seg(rseg)                   
1864                   
1865
1866                   torque_total(inot) = torque_total(inot) + (torque_seg * cur_r)
1867
1868                ENDDO   !-- end of loop over ring segments
1869
1870!
1871!--             Restore the forces into arrays containing all the segments of
1872!--             each ring:
1873                thrust_ring(ring,:)   = thrust_seg(:)
1874                torque_ring_y(ring,:) = torque_seg_y(:)
1875                torque_ring_z(ring,:) = torque_seg_z(:)
1876
1877
1878             ENDDO   !-- end of loop over rings
1879
1880
1881             CALL cpu_log( log_point_s(62), 'wtm_controller', 'start' )
1882
1883             
1884             IF ( speed_control )  THEN
1885!
1886!--             Calculation of the current generator speed for rotor speed control
1887             
1888!                                     
1889!--             The acceleration of the rotor speed is calculated from
1890!--             the force balance of the accelerating torque
1891!--             and the torque of the rotating rotor and generator
1892                om_rate = ( torque_total(inot) * air_dens * gear_eff -         &
1893                            gear_ratio * torque_gen_old(inot) ) /              &
1894                          ( inertia_rot +                                      & 
1895                            gear_ratio * gear_ratio * inertia_gen ) * dt_3d
1896
1897!
1898!--             The generator speed is given by the product of gear gear_ratio
1899!--             and rotor speed
1900                omega_gen(inot) = gear_ratio * ( omega_rot(inot) + om_rate )     
1901             
1902             ENDIF
1903             
1904             IF ( pitch_control )  THEN
1905
1906!
1907!--             If the current generator speed is above rated, the pitch is not
1908!--             saturated and the change from the last time step is within the
1909!--             maximum pitch rate, then the pitch loop is repeated with a pitch
1910!--             gain
1911                IF ( (  omega_gen(inot)  > rated_genspeed   )  .AND.           &
1912                     ( pitch_add(inot) < 25.0_wp ) .AND.                       &
1913                     ( pitch_add(inot) < pitch_add_old(inot) +                 & 
1914                       pitch_rate * dt_3d  ) ) THEN
1915                   pitch_sw = .TRUE.
1916!
1917!--                Go back to beginning of pit_loop                   
1918                   CYCLE pit_loop
1919                ENDIF
1920               
1921!
1922!--             The current pitch is saved for the next time step
1923                pitch_add_old(inot) = pitch_add(inot)
1924                pitch_sw = .FALSE.
1925             ENDIF
1926             EXIT pit_loop             
1927          ENDDO pit_loop ! Recursive pitch control loop
1928
1929
1930!
1931!--          Call the rotor speed controller
1932             
1933             IF ( speed_control )  THEN
1934!
1935!--             Find processor at i_hub, j_hub             
1936                IF ( ( nxl <= i_hub(inot) )  .AND.  ( nxr >= i_hub(inot) ) )   &
1937                   THEN
1938                   IF ( ( nys <= j_hub(inot) )  .AND.  ( nyn >= j_hub(inot) ) )&
1939                      THEN
1940                      CALL wtm_speed_control( inot )
1941                   ENDIF
1942                ENDIF
1943                               
1944             ENDIF
1945
1946
1947             CALL cpu_log( log_point_s(62), 'wtm_controller', 'stop' )
1948
1949             CALL cpu_log( log_point_s(63), 'wtm_smearing', 'start' )
1950
1951
1952!--          !-----------------------------------------------------------------!
1953!--          !--                  Regularization kernel                      --!
1954!--          !-- Smearing of the forces and interpolation to cartesian grid  --!
1955!--          !-----------------------------------------------------------------!
1956!
1957!--          The aerodynamic blade forces need to be distributed smoothly on
1958!--          several mesh points in order to avoid singular behaviour
1959!
1960!--          Summation over sum of weighted forces. The weighting factor
1961!--          (calculated in user_init) includes information on the distance
1962!--          between the center of the grid cell and the rotor segment under
1963!--          consideration
1964!
1965!--          To save computing time, apply smearing only for the relevant part
1966!--          of the model domain:
1967!
1968!--
1969!--          Calculation of the boundaries:
1970             i_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) * ABS( roty(inot,1) ) +       &
1971                                        eps_min ) / dx )
1972             j_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) * ABS( roty(inot,2) ) +       &
1973                                        eps_min ) / dy )
1974
1975             DO i = MAX( nxl, i_hub(inot) - i_smear(inot) ),                   &
1976                    MIN( nxr, i_hub(inot) + i_smear(inot) )
1977                DO j = MAX( nys, j_hub(inot) - j_smear(inot) ),                &
1978                        MIN( nyn, j_hub(inot) + j_smear(inot) )
1979!                    DO k = MAX( nzb_u_inner(j,i)+1, k_hub(inot) - k_smear(inot) ), &
1980!                                 k_hub(inot) + k_smear(inot)
1981                   DO  k = nzb+1, k_hub(inot) + k_smear(inot)
1982                      DO ring = 1, nrings(inot)
1983                         DO rseg = 1, nsegs(ring,inot)
1984!
1985!--                         Predetermine flag to mask topography
1986                            flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1987     
1988!
1989!--                         Determine the square of the distance between the
1990!--                         current grid point and each rotor area segment:
1991                            dist_u_3d = ( i * dx               - rbx(ring,rseg) )**2 + &
1992                                        ( j * dy + 0.5_wp * dy - rby(ring,rseg) )**2 + &
1993                                        ( k * dz - 0.5_wp * dz - rbz(ring,rseg) )**2
1994                            dist_v_3d = ( i * dx + 0.5_wp * dx - rbx(ring,rseg) )**2 + &
1995                                        ( j * dy               - rby(ring,rseg) )**2 + &
1996                                        ( k * dz - 0.5_wp * dz - rbz(ring,rseg) )**2
1997                            dist_w_3d = ( i * dx + 0.5_wp * dx - rbx(ring,rseg) )**2 + &
1998                                        ( j * dy + 0.5_wp * dy - rby(ring,rseg) )**2 + &
1999                                        ( k * dz               - rbz(ring,rseg) )**2
2000
2001!
2002!--                         3D-smearing of the forces with a polynomial function
2003!--                         (much faster than the old Gaussian function), using
2004!--                         some parameters that have been calculated in user_init.
2005!--                         The function is only similar to Gaussian function for
2006!--                         squared distances <= eps_min2:
2007                            IF ( dist_u_3d <= eps_min2 ) THEN
2008                               thrust(k,j,i) = thrust(k,j,i) +                     &
2009                                               thrust_ring(ring,rseg) *            &
2010                                               ( ( pol_a * dist_u_3d - pol_b ) *   & 
2011                                                dist_u_3d + 1.0_wp ) * eps_factor *&
2012                                                                       flag
2013                            ENDIF
2014                            IF ( dist_v_3d <= eps_min2 ) THEN
2015                               torque_y(k,j,i) = torque_y(k,j,i) +                    &
2016                                                 torque_ring_y(ring,rseg) *           &
2017                                                 ( ( pol_a * dist_v_3d - pol_b ) *    &
2018                                                  dist_v_3d + 1.0_wp ) * eps_factor * &
2019                                                                         flag
2020                            ENDIF
2021                            IF ( dist_w_3d <= eps_min2 ) THEN
2022                               torque_z(k,j,i) = torque_z(k,j,i) +                    &
2023                                                 torque_ring_z(ring,rseg) *           &
2024                                                 ( ( pol_a * dist_w_3d - pol_b ) *    &
2025                                                  dist_w_3d + 1.0_wp ) * eps_factor * &
2026                                                                         flag
2027                            ENDIF
2028
2029                         ENDDO  ! End of loop over rseg
2030                      ENDDO     ! End of loop over ring
2031             
2032!
2033!--                   Rotation of force components:
2034                      rot_tend_x(k,j,i) = rot_tend_x(k,j,i) + (                &
2035                                      thrust(k,j,i)*rotx(inot,1) +             &
2036                                      torque_y(k,j,i)*roty(inot,1) +           &
2037                                      torque_z(k,j,i)*rotz(inot,1)             &
2038                                                              ) * flag
2039                               
2040                      rot_tend_y(k,j,i) = rot_tend_y(k,j,i) + (                &
2041                                      thrust(k,j,i)*rotx(inot,2) +             &
2042                                      torque_y(k,j,i)*roty(inot,2) +           &
2043                                      torque_z(k,j,i)*rotz(inot,2)             &
2044                                                              ) * flag
2045                               
2046                      rot_tend_z(k,j,i) = rot_tend_z(k,j,i) + (                &
2047                                      thrust(k,j,i)*rotx(inot,3) +             &
2048                                      torque_y(k,j,i)*roty(inot,3) +           &
2049                                      torque_z(k,j,i)*rotz(inot,3)             &
2050                                                              ) * flag                   
2051
2052                   ENDDO        ! End of loop over k
2053                ENDDO           ! End of loop over j
2054             ENDDO              ! End of loop over i
2055
2056             CALL cpu_log( log_point_s(63), 'wtm_smearing', 'stop' )         
2057                   
2058          ENDDO                  !-- end of loop over turbines
2059
2060               
2061          IF ( yaw_control )  THEN
2062!
2063!--          Allocate arrays for yaw control at first call
2064!--          Can't be allocated before dt_3d is set
2065             IF ( start_up )  THEN
2066                WDLON = NINT( 30.0_wp / dt_3d )  ! 30s running mean array
2067                ALLOCATE( wd30(1:nturbines,1:WDLON) )
2068                wd30 = 999.0_wp                  ! Set to dummy value
2069                ALLOCATE( wd30_l(1:WDLON) )
2070               
2071                WDSHO = NINT( 2.0_wp / dt_3d )   ! 2s running mean array
2072                ALLOCATE( wd2(1:nturbines,1:WDSHO) )
2073                wd2 = 999.0_wp                   ! Set to dummy value
2074                ALLOCATE( wd2_l(1:WDSHO) )
2075                start_up = .FALSE.
2076             ENDIF         
2077
2078!
2079!--          Calculate the inflow wind speed
2080!--
2081!--          Loop over number of turbines:
2082             DO inot = 1, nturbines
2083!
2084!--             Find processor at i_hub, j_hub             
2085                IF ( ( nxl <= i_hub(inot) )  .AND.  ( nxr >= i_hub(inot) ) )   &
2086                   THEN
2087                   IF ( ( nys <= j_hub(inot) )  .AND.  ( nyn >= j_hub(inot) ) )&
2088                      THEN
2089
2090                      u_inflow_l(inot) = u(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot))
2091
2092                      wdir_l(inot) = -1.0_wp * ATAN2(                          &
2093                         0.5_wp * ( v(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot)+1) + &
2094                                    v(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot)) ) , &
2095                         0.5_wp * ( u(k_hub(inot),j_hub(inot)+1,i_hub(inot)) + &
2096                                    u(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot)) ) )
2097
2098                      CALL wtm_yawcontrol( inot )
2099
2100                      phi_yaw_l(inot) = phi_yaw(inot)
2101                     
2102                   ENDIF
2103                ENDIF
2104                   
2105             ENDDO                                 !-- end of loop over turbines
2106
2107!
2108!--          Transfer of information to the other cpus
2109#if defined( __parallel )         
2110             CALL MPI_ALLREDUCE( u_inflow_l, u_inflow, nturbines, MPI_REAL,    &
2111                                 MPI_SUM, comm2d, ierr )
2112             CALL MPI_ALLREDUCE( wdir_l, wdir, nturbines, MPI_REAL, MPI_SUM,   &
2113                                 comm2d, ierr )
2114             CALL MPI_ALLREDUCE( phi_yaw_l, phi_yaw, nturbines, MPI_REAL,      &
2115                                 MPI_SUM, comm2d, ierr )
2116#else
2117             u_inflow = u_inflow_l
2118             wdir     = wdir_l
2119             phi_yaw  = phi_yaw_l
2120             
2121             
2122#endif
2123             DO inot = 1, nturbines
2124!             
2125!--             Update rotor orientation               
2126                CALL wtm_rotate_rotor( inot )
2127
2128             ENDDO ! End of loop over turbines
2129                           
2130          END IF  ! end of yaw control
2131         
2132          IF ( speed_control )  THEN
2133!
2134!--          Transfer of information to the other cpus
2135!              CALL MPI_ALLREDUCE( omega_gen, omega_gen_old, nturbines,        &
2136!                                  MPI_REAL,MPI_SUM, comm2d, ierr )
2137#if defined( __parallel )   
2138             CALL MPI_ALLREDUCE( torque_gen, torque_gen_old, nturbines,        &
2139                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2140             CALL MPI_ALLREDUCE( omega_rot_l, omega_rot, nturbines,            &
2141                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2142             CALL MPI_ALLREDUCE( omega_gen_f, omega_gen_f_old, nturbines,      &
2143                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2144#else
2145             torque_gen_old  = torque_gen
2146             omega_rot       = omega_rot_l
2147             omega_gen_f_old = omega_gen_f
2148#endif
2149           
2150          ENDIF
2151
2152          DO inot = 1, nturbines
2153
2154             IF ( myid == 0 ) THEN
2155                IF ( openfile_turb_mod(400+inot)%opened )  THEN
2156                   WRITE ( 400+inot, 106 ) simulated_time, omega_rot(inot),    &
2157                             omega_gen(inot), torque_gen_old(inot),            &
2158                             torque_total(inot), pitch_add(inot),              &
2159                             torque_gen_old(inot)*omega_gen(inot)*gen_eff,     &
2160                             torque_total(inot)*omega_rot(inot)*air_dens,      &
2161                             thrust_rotor(inot),                               & 
2162                             wdir(inot)*180.0_wp/pi,                           &
2163                             (phi_yaw(inot))*180.0_wp/pi                   
2164                             
2165                ELSE
2166
2167                   WRITE ( turbine_id,'(I2.2)')  inot
2168                   OPEN ( 400+inot, FILE=( 'TURBINE_PARAMETERS'//turbine_id ), &
2169                                            FORM='FORMATTED' )
2170                   WRITE ( 400+inot, 105 ) inot
2171                   WRITE ( 400+inot, 106 ) simulated_time, omega_rot(inot),    &
2172                             omega_gen(inot), torque_gen_old(inot),            &
2173                             torque_total(inot), pitch_add(inot),              &
2174                             torque_gen_old(inot)*omega_gen(inot)*gen_eff,     &
2175                             torque_total(inot)*omega_rot(inot)*air_dens,      &
2176                             thrust_rotor(inot),                               & 
2177                             wdir(inot)*180.0_wp/pi,                           &                   
2178                             (phi_yaw(inot))*180.0_wp/pi
2179                ENDIF
2180             ENDIF
2181
2182!--          Set open flag
2183             openfile_turb_mod(400+inot)%opened = .TRUE.
2184          ENDDO                                    !-- end of loop over turbines
2185
2186       ENDIF
2187
2188       CALL cpu_log( log_point_s(61), 'wtm_forces', 'stop' )
2189       
2190!
2191!--    Formats
2192       105 FORMAT ('Turbine control data for turbine ',I2,1X,':'/ &
2193              &'----------------------------------------'/ &
2194              &'   Time   RSpeed  GSpeed  ', &
2195               'GenTorque  AeroTorque  Pitch  Power(Gen)  Power(Rot)  ',       &
2196               'RotThrust  WDirection  YawOrient')
2197
2198       106 FORMAT (F9.3,2X,F7.3,2X,F7.2,2X,F9.1,3X,F9.1,1X,F6.2,2X,F10.1,2X,   &
2199                   F10.1,1X,F9.1,2X,F7.2,1X,F7.2)
2200
2201
2202    END SUBROUTINE wtm_forces
2203
2204   
2205!------------------------------------------------------------------------------!
2206! Description:
2207! ------------
2208!> Yaw controller for the wind turbine model
2209!------------------------------------------------------------------------------!
2210    SUBROUTINE wtm_yawcontrol( inot )
2211   
2212       USE constants
2213       USE kinds
2214               
2215       IMPLICIT NONE
2216     
2217       INTEGER(iwp)             :: inot
2218       INTEGER(iwp)             :: i_wd_30
2219       REAL(wp)                 :: missal
2220
2221       i_wd_30 = 0_iwp
2222
2223
2224!--    The yaw controller computes a 30s running mean of the wind direction.
2225!--    If the difference between turbine alignment and wind direction exceeds
2226!--    5°, the turbine is yawed. The mechanism stops as soon as the 2s-running
2227!--    mean of the missalignment is smaller than 0.5°.
2228!--    Attention: If the timestep during the simulation changes significantly
2229!--    the lengths of the running means change and it does not correspond to
2230!--    30s/2s anymore.
2231!--    ! Needs to be modified for these situations !
2232!--    For wind from the east, the averaging of the wind direction could cause
2233!--    problems and the yaw controller is probably flawed. -> Routine for
2234!--    averaging needs to be improved!
2235!
2236!--    Check if turbine is not yawing
2237       IF ( .NOT. doyaw(inot) )  THEN
2238!
2239!--       Write current wind direction into array
2240          wd30_l    = wd30(inot,:)
2241          wd30_l    = CSHIFT( wd30_l, SHIFT=-1 )
2242          wd30_l(1) = wdir(inot)
2243!
2244!--       Check if array is full ( no more dummies )
2245          IF ( .NOT. ANY( wd30_l == 999.) ) THEN
2246
2247             missal = SUM( wd30_l ) / SIZE( wd30_l ) - phi_yaw(inot)
2248!
2249!--          Check if turbine is missaligned by more than max_miss
2250             IF ( ABS( missal ) > max_miss )  THEN
2251!
2252!--             Check in which direction to yaw         
2253                yawdir(inot) = SIGN( 1.0_wp, missal )
2254!
2255!--             Start yawing of turbine
2256                phi_yaw(inot) = phi_yaw(inot) + yawdir(inot) * yaw_speed * dt_3d
2257                doyaw(inot) = .TRUE.
2258                wd30_l = 999.  ! fill with dummies again
2259             ENDIF
2260          ENDIF
2261         
2262          wd30(inot,:) = wd30_l
2263
2264!     
2265!--    If turbine is already yawing:
2266!--    Initialize 2 s running mean and yaw until the missalignment is smaller
2267!--    than min_miss
2268
2269       ELSE
2270!
2271!--       Initialize 2 s running mean
2272          wd2_l = wd2(inot,:)
2273          wd2_l = CSHIFT( wd2_l, SHIFT = -1 )
2274          wd2_l(1) = wdir(inot)
2275!     
2276!--       Check if array is full ( no more dummies )
2277          IF ( .NOT. ANY( wd2_l == 999.0_wp ) ) THEN
2278!
2279!--          Calculate missalignment of turbine       
2280             missal = SUM( wd2_l - phi_yaw(inot) ) / SIZE( wd2_l )
2281!
2282!--          Check if missalignment is still larger than 0.5 degree and if the
2283!--          yaw direction is still right
2284             IF ( ( ABS( missal ) > min_miss )  .AND.                          &
2285                  ( yawdir(inot) == SIGN( 1.0_wp, missal ) ) )  THEN
2286!
2287!--             Continue yawing       
2288                phi_yaw(inot) = phi_yaw(inot) + yawdir(inot) * yaw_speed * dt_3d
2289             ELSE
2290!
2291!--             Stop yawing       
2292                doyaw(inot) = .FALSE.
2293                wd2_l = 999.0_wp ! fill with dummies again
2294             ENDIF
2295          ELSE
2296!
2297!--          Continue yawing
2298             phi_yaw(inot) = phi_yaw(inot) + yawdir(inot) * yaw_speed * dt_3d
2299          ENDIF
2300     
2301          wd2(inot,:) = wd2_l
2302           
2303       ENDIF
2304     
2305    END SUBROUTINE wtm_yawcontrol
2306
2307
2308!------------------------------------------------------------------------------!
2309! Description:
2310! ------------
2311!> Initialization of the speed control
2312!------------------------------------------------------------------------------!
2313    SUBROUTINE wtm_init_speed_control
2314
2315
2316       IMPLICIT NONE
2317
2318!
2319!--    If speed control is set, remaining variables and control_parameters for
2320!--    the control algorithm are calculated
2321!
2322!--    Calculate slope constant for region 15
2323       slope15   = ( slope2 * min_reg2 * min_reg2 ) / ( min_reg2 - min_reg15 )
2324!
2325!--    Calculate upper limit of slipage region
2326       vs_sysp   = rated_genspeed / 1.1_wp
2327!
2328!--    Calculate slope of slipage region
2329       slope25   = ( rated_power / rated_genspeed ) /                          &
2330                   ( rated_genspeed - vs_sysp )
2331!
2332!--    Calculate lower limit of slipage region
2333       min_reg25 = ( slope25 - SQRT( slope25 * ( slope25 - 4.0_wp *            &
2334                                                 slope2 * vs_sysp ) ) ) /      &
2335                   ( 2.0_wp * slope2 )
2336!
2337!--    Frequency for the simple low pass filter
2338       Fcorner   = 0.25_wp
2339!
2340!--    At the first timestep the torque is set to its maximum to prevent
2341!--    an overspeeding of the rotor
2342       torque_gen_old(:) = max_torque_gen 
2343     
2344    END SUBROUTINE wtm_init_speed_control
2345
2346
2347!------------------------------------------------------------------------------!
2348! Description:
2349! ------------
2350!> Simple controller for the regulation of the rotor speed
2351!------------------------------------------------------------------------------!
2352    SUBROUTINE wtm_speed_control( inot )
2353
2354
2355       IMPLICIT NONE
2356
2357       INTEGER(iwp)             :: inot
2358       
2359         
2360
2361!
2362!--    The controller is based on the fortran script from Jonkman
2363!--    et al. 2009 "Definition of a 5 MW Reference Wind Turbine for
2364!--    offshore system developement"
2365
2366!
2367!--    The generator speed is filtered by a low pass filter
2368!--    for the control of the generator torque       
2369       lp_coeff = EXP( -2.0_wp * 3.14_wp * dt_3d * Fcorner )
2370       omega_gen_f(inot) = ( 1.0_wp - lp_coeff ) * omega_gen(inot) + lp_coeff *&
2371                           omega_gen_f_old(inot)
2372
2373       IF ( omega_gen_f(inot) <= min_reg15 )  THEN
2374!                       
2375!--       Region 1: Generator torque is set to zero to accelerate the rotor:
2376          torque_gen(inot) = 0
2377       
2378       ELSEIF ( omega_gen_f(inot) <= min_reg2 )  THEN
2379!                       
2380!--       Region 1.5: Generator torque is increasing linearly with rotor speed:
2381          torque_gen(inot) = slope15 * ( omega_gen_f(inot) - min_reg15 )
2382                         
2383       ELSEIF ( omega_gen_f(inot) <= min_reg25 )  THEN
2384!
2385!--       Region 2: Generator torque is increased by the square of the generator
2386!--                 speed to keep the TSR optimal:
2387          torque_gen(inot) = slope2 * omega_gen_f(inot) * omega_gen_f(inot)
2388       
2389       ELSEIF ( omega_gen_f(inot) < rated_genspeed )  THEN
2390!                       
2391!--       Region 2.5: Slipage region between 2 and 3:
2392          torque_gen(inot) = slope25 * ( omega_gen_f(inot) - vs_sysp )
2393       
2394       ELSE
2395!                       
2396!--       Region 3: Generator torque is antiproportional to the rotor speed to
2397!--                 keep the power constant:
2398          torque_gen(inot) = rated_power / omega_gen_f(inot)
2399       
2400       ENDIF
2401!                       
2402!--    Calculate torque rate and confine with a max
2403       trq_rate = ( torque_gen(inot) - torque_gen_old(inot) ) / dt_3d
2404       trq_rate = MIN( MAX( trq_rate, -1.0_wp * max_trq_rate ), max_trq_rate )
2405!                       
2406!--    Calculate new gen torque and confine with max torque                         
2407       torque_gen(inot) = torque_gen_old(inot) + trq_rate * dt_3d
2408       torque_gen(inot) = MIN( torque_gen(inot), max_torque_gen )                                             
2409!
2410!--    Overwrite values for next timestep                       
2411       omega_rot_l(inot) = omega_gen(inot) / gear_ratio
2412
2413   
2414    END SUBROUTINE wtm_speed_control   
2415
2416
2417!------------------------------------------------------------------------------!
2418! Description:
2419! ------------
2420!> Application of the additional forces generated by the wind turbine on the
2421!> flow components (tendency terms)
2422!> Call for all grid points
2423!------------------------------------------------------------------------------!
2424    SUBROUTINE wtm_tendencies( component )
2425
2426   
2427       IMPLICIT NONE
2428
2429       INTEGER(iwp) ::  component   !< prognostic variable (u,v,w)
2430       INTEGER(iwp) ::  i           !< running index
2431       INTEGER(iwp) ::  j           !< running index
2432       INTEGER(iwp) ::  k           !< running index
2433
2434
2435       SELECT CASE ( component )
2436
2437       CASE ( 1 )
2438!
2439!--       Apply the x-component of the force to the u-component of the flow:
2440          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2441             DO  i = nxlg, nxrg
2442                DO  j = nysg, nyng
2443                   DO  k = nzb+1, k_hub(1) + k_smear(1)
2444!
2445!--                   Calculate the thrust generated by the nacelle and the tower
2446                      tend_nac_x = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *               &
2447                                         SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) )     
2448                      tend_tow_x   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *             &
2449                                         SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) ) 
2450                                                   
2451                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_x(k,j,i)        &
2452                                  - tend_nac_x - tend_tow_x )                  &
2453                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2454                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
2455                   ENDDO
2456                ENDDO
2457             ENDDO
2458          ENDIF
2459
2460       CASE ( 2 )
2461!
2462!--       Apply the y-component of the force to the v-component of the flow:
2463          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2464             DO  i = nxlg, nxrg
2465                DO  j = nysg, nyng
2466                   DO  k = nzb+1, k_hub(1) + k_smear(1)
2467                      tend_nac_y = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *               &
2468                                         SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )     
2469                      tend_tow_y   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *             &
2470                                         SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )                     
2471                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_y(k,j,i)        &
2472                                  - tend_nac_y - tend_tow_y )                  &
2473                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2474                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
2475                   ENDDO
2476                ENDDO
2477             ENDDO
2478          ENDIF
2479
2480       CASE ( 3 )
2481!
2482!--       Apply the z-component of the force to the w-component of the flow:
2483          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2484             DO  i = nxlg, nxrg
2485                DO  j = nysg, nyng
2486                   DO  k = nzb+1,  k_hub(1) + k_smear(1)
2487                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - rot_tend_z(k,j,i)            &
2488                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2489                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
2490                   ENDDO
2491                ENDDO
2492             ENDDO
2493          ENDIF
2494
2495
2496       CASE DEFAULT
2497
2498          WRITE( message_string, * ) 'unknown prognostic variable: ', component
2499          CALL message( 'wtm_tendencies', 'PA04??', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
2500
2501       END SELECT
2502
2503
2504    END SUBROUTINE wtm_tendencies
2505
2506
2507!------------------------------------------------------------------------------!
2508! Description:
2509! ------------
2510!> Application of the additional forces generated by the wind turbine on the
2511!> flow components (tendency terms)
2512!> Call for grid point i,j
2513!------------------------------------------------------------------------------!
2514    SUBROUTINE wtm_tendencies_ij( i, j, component )
2515
2516
2517       IMPLICIT NONE
2518
2519       INTEGER(iwp) ::  component   !< prognostic variable (u,v,w)
2520       INTEGER(iwp) ::  i           !< running index
2521       INTEGER(iwp) ::  j           !< running index
2522       INTEGER(iwp) ::  k           !< running index
2523
2524       SELECT CASE ( component )
2525
2526       CASE ( 1 )
2527!
2528!--       Apply the x-component of the force to the u-component of the flow:
2529          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2530
2531             DO  k = nzb+1,  k_hub(1) + k_smear(1)
2532!
2533!--             Calculate the thrust generated by the nacelle and the tower
2534                tend_nac_x = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *                     &
2535                                   SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) )     
2536                tend_tow_x   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *                   &
2537                                   SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) ) 
2538                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_x(k,j,i)              &
2539                            - tend_nac_x - tend_tow_x )                        &
2540                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2541                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
2542             ENDDO
2543          ENDIF
2544
2545       CASE ( 2 )
2546!
2547!--       Apply the y-component of the force to the v-component of the flow:
2548          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2549             DO  k = nzb+1,  k_hub(1) + k_smear(1)
2550                tend_nac_y = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *                     &
2551                                   SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )     
2552                tend_tow_y   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *                   &
2553                                   SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )                     
2554                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_y(k,j,i)              &
2555                            - tend_nac_y - tend_tow_y )                        &
2556                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2557                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
2558             ENDDO
2559          ENDIF
2560
2561       CASE ( 3 )
2562!
2563!--       Apply the z-component of the force to the w-component of the flow:
2564          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2565             DO  k = nzb+1,  k_hub(1) + k_smear(1)
2566                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - rot_tend_z(k,j,i)                  &
2567                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2568                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
2569             ENDDO
2570          ENDIF
2571
2572
2573       CASE DEFAULT
2574
2575          WRITE( message_string, * ) 'unknown prognostic variable: ', component
2576          CALL message( 'wtm_tendencies', 'PA04??', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
2577
2578       END SELECT
2579
2580
2581    END SUBROUTINE wtm_tendencies_ij
2582
2583 END MODULE wind_turbine_model_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.