source: palm/trunk/SOURCE/wind_turbine_model_mod.f90 @ 2410

Last change on this file since 2410 was 2410, checked in by Giersch, 4 years ago

Revise error message PA0462 and change lclocal to lcmuk in testsuite

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 109.8 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 2410 2017-09-06 08:16:30Z Giersch $
28! Revise error message PA0462
29!
30! 2349 2017-08-10 15:44:04Z Giersch
31! Add parameter pitch_rate to namelist and revise/add error messages
32!
33! 2343 2017-08-08 11:28:43Z Giersch
34! Unit correction in Doxygen comments
35!
36! 2323 2017-07-26 12:57:38Z Giersch
37! Change unit number of file WTM_DATA from 201 to 90
38
39! 2322 2017-07-26 08:30:28Z Giersch
40! Bugfix of error message and assign error numbers
41!
42! 2257 2017-06-07 14:07:05Z witha
43! Bugfix: turb_cl_tab and turb_cd_tab were set to zero before being allocated
44!
45! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
46!
47! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
48! Adjustments to new topography concept
49!
50! 2152 2017-02-17 13:27:24Z lvollmer
51! Bugfix in subroutine wtm_read_blade_tables
52! Addition of a tip loss model
53!
54! 2015 2016-09-28 08:45:18Z lvollmer
55! Bugfix of pitch control
56!
57! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
58! Forced header and separation lines into 80 columns
59!
60! 1929 2016-06-09 16:25:25Z suehring
61! Bugfix: added preprocessor directives for parallel and serial mode
62!
63! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
64! Initial revision
65!
66!
67! Description:
68! ------------
69!> This module calculates the effect of wind turbines on the flow fields. The
70!> initial version contains only the advanced actuator disk with rotation method
71!> (ADM-R).
72!> The wind turbines include the tower effect, can be yawed and tilted.
73!> The wind turbine model includes controllers for rotational speed, pitch and
74!> yaw.
75!> Currently some specifications of the NREL 5 MW reference turbine
76!> are hardcoded whereas most input data comes from separate files (currently
77!> external, planned to be included as namelist which will be read in
78!> automatically).
79!>
80!> @todo Revise code according to PALM Coding Standard
81!> @todo Implement ADM and ALM turbine models
82!> @todo Generate header information
83!> @todo Implement further parameter checks and error messages
84!> @todo Revise and add code documentation
85!> @todo Output turbine parameters as timeseries
86!> @todo Include additional output variables
87!> @todo Revise smearing the forces for turbines in yaw
88!> @todo Revise nacelle and tower parameterization
89!> @todo Allow different turbine types in one simulation
90!
91!------------------------------------------------------------------------------!
92 MODULE wind_turbine_model_mod
93
94    USE arrays_3d,                                                             &
95        ONLY:  dd2zu, tend, u, v, w, zu, zw
96
97    USE constants
98
99    USE control_parameters,                                                    &
100        ONLY:  dt_3d, dz, message_string, simulated_time
101
102    USE cpulog,                                                                &
103        ONLY:  cpu_log, log_point_s
104
105    USE grid_variables,                                                        &
106        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
107
108    USE indices,                                                               &
109        ONLY:  nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr, nxrg, ny, nyn, nyng, nys, nysg, nz,   &
110               nzb, nzt, wall_flags_0
111
112    USE kinds
113
114    USE pegrid
115
116
117    IMPLICIT NONE
118
119    PRIVATE
120
121    LOGICAL ::  wind_turbine=.FALSE.   !< switch for use of wind turbine model
122
123!
124!-- Variables specified in the namelist wind_turbine_par
125
126    INTEGER(iwp) ::  nairfoils = 8   !< number of airfoils of the used turbine model (for ADM-R and ALM)
127    INTEGER(iwp) ::  nturbines = 1   !< number of turbines
128
129    LOGICAL ::  pitch_control = .FALSE.   !< switch for use of pitch controller
130    LOGICAL ::  speed_control = .FALSE.   !< switch for use of speed controller
131    LOGICAL ::  yaw_control   = .FALSE.   !< switch for use of yaw controller
132    LOGICAL ::  tl_cor        = .FALSE.    !< switch for use of tip loss correct.
133
134    REAL(wp) ::  segment_length  = 1.0_wp          !< length of the segments, the rotor area is divided into
135                                                   !< (in tangential direction, as factor of MIN(dx,dy,dz))
136    REAL(wp) ::  segment_width   = 0.5_wp          !< width of the segments, the rotor area is divided into
137                                                   !< (in radial direction, as factor of MIN(dx,dy,dz))
138    REAL(wp) ::  time_turbine_on = 0.0_wp          !< time at which turbines are started
139    REAL(wp) ::  tilt            = 0.0_wp          !< vertical tilt of the rotor [degree] ( positive = backwards )
140
141    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  dtow             = 0.0_wp  !< tower diameter [m]
142    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  omega_rot        = 0.0_wp  !< inital or constant rotor speed [rad/s]
143    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  phi_yaw          = 0.0_wp  !< yaw angle [degree] ( clockwise, 0 = facing west )
144    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  pitch_add        = 0.0_wp  !< constant pitch angle
145    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rcx        = 9999999.9_wp  !< position of hub in x-direction
146    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rcy        = 9999999.9_wp  !< position of hub in y-direction
147    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rcz        = 9999999.9_wp  !< position of hub in z-direction
148    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rnac             = 0.0_wp  !< nacelle diameter [m]
149    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rr              = 63.0_wp  !< rotor radius [m]
150    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  turb_cd_nacelle = 0.85_wp  !< drag coefficient for nacelle
151    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  turb_cd_tower    = 1.2_wp  !< drag coefficient for tower
152
153!
154!-- Variables specified in the namelist for speed controller
155!-- Default values are from the NREL 5MW research turbine (Jonkman, 2008)
156
157    REAL(wp) ::  rated_power    = 5296610.0_wp    !< rated turbine power [W]
158    REAL(wp) ::  gear_ratio     = 97.0_wp         !< Gear ratio from rotor to generator
159    REAL(wp) ::  inertia_rot    = 34784179.0_wp   !< Inertia of the rotor [kg*m2]
160    REAL(wp) ::  inertia_gen    = 534.116_wp      !< Inertia of the generator [kg*m2]
161    REAL(wp) ::  gen_eff        = 0.944_wp        !< Electric efficiency of the generator
162    REAL(wp) ::  gear_eff       = 1.0_wp          !< Loss between rotor and generator
163    REAL(wp) ::  air_dens       = 1.225_wp        !< Air density to convert to W [kg/m3]
164    REAL(wp) ::  rated_genspeed = 121.6805_wp     !< Rated generator speed [rad/s]
165    REAL(wp) ::  max_torque_gen = 47402.91_wp     !< Maximum of the generator torque [Nm]
166    REAL(wp) ::  slope2         = 2.332287_wp     !< Slope constant for region 2
167    REAL(wp) ::  min_reg2       = 91.21091_wp     !< Lower generator speed boundary of region 2 [rad/s]
168    REAL(wp) ::  min_reg15      = 70.16224_wp     !< Lower generator speed boundary of region 1.5 [rad/s]
169    REAL(wp) ::  max_trq_rate   = 15000.0_wp      !< Max generator torque increase [Nm/s]
170    REAL(wp) ::  pitch_rate     = 8.0_wp          !< Max pitch rate [degree/s]
171
172
173!
174!-- Variables specified in the namelist for yaw control
175
176    REAL(wp) ::  yaw_speed = 0.005236_wp   !< speed of the yaw actuator [rad/s]
177    REAL(wp) ::  max_miss = 0.08726_wp     !< maximum tolerated yaw missalignment [rad]
178    REAL(wp) ::  min_miss = 0.008726_wp    !< minimum yaw missalignment for which the actuator stops [rad]
179
180!
181!-- Set flag for output files TURBINE_PARAMETERS
182    TYPE file_status
183       LOGICAL ::  opened, opened_before
184    END TYPE file_status
185   
186    TYPE(file_status), DIMENSION(500) :: openfile_turb_mod =                   &
187                                         file_status(.FALSE.,.FALSE.)
188
189!
190!-- Variables for initialization of the turbine model
191
192    INTEGER(iwp) ::  inot         !< turbine loop index (turbine id)
193    INTEGER(iwp) ::  nsegs_max    !< maximum number of segments (all turbines, required for allocation of arrays)
194    INTEGER(iwp) ::  nrings_max   !< maximum number of rings (all turbines, required for allocation of arrays)
195    INTEGER(iwp) ::  ring         !< ring loop index (ring number)
196    INTEGER(iwp) ::  rr_int       !<
197    INTEGER(iwp) ::  upper_end    !<
198
199    INTEGER(iwp), DIMENSION(1) ::  lct   !<
200
201    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  i_hub     !< index belonging to x-position of the turbine
202    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  i_smear   !< index defining the area for the smearing of the forces (x-direction)
203    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  j_hub     !< index belonging to y-position of the turbine
204    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  j_smear   !< index defining the area for the smearing of the forces (y-direction)
205    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k_hub     !< index belonging to hub height
206    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k_smear   !< index defining the area for the smearing of the forces (z-direction)
207    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nrings    !< number of rings per turbine
208    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nsegs_total !< total number of segments per turbine
209
210    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  nsegs   !< number of segments per ring and turbine
211
212!
213!-  parameters for the smearing from the rotor to the cartesian grid   
214    REAL(wp) ::  pol_a            !< parameter for the polynomial smearing fct
215    REAL(wp) ::  pol_b            !< parameter for the polynomial smearing fct
216    REAL(wp) ::  delta_t_factor   !<
217    REAL(wp) ::  eps_factor       !< 
218    REAL(wp) ::  eps_min          !<
219    REAL(wp) ::  eps_min2         !<
220    REAL(wp) ::  sqrt_arg         !<
221
222!
223!-- Variables for the calculation of lift and drag coefficients
224    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  ard     !<
225    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  crd     !<
226    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  delta_r !< radial segment length
227    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  lrd     !<
228   
229    REAL(wp) ::  accu_cl_cd_tab = 0.1_wp  !< Accuracy of the interpolation of
230                                          !< the lift and drag coeff [deg]
231
232    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: turb_cd_tab   !< table of the blade drag coefficient
233    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: turb_cl_tab   !< table of the blade lift coefficient
234
235    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  nac_cd_surf  !< 3d field of the tower drag coefficient
236    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  tow_cd_surf  !< 3d field of the nacelle drag coefficient
237
238!
239!-- Variables for the calculation of the forces
240     
241    REAL(wp) ::  cur_r                       !<
242    REAL(wp) ::  delta_t                     !<  tangential segment length
243    REAL(wp) ::  phi_rotor                   !<
244    REAL(wp) ::  pre_factor                  !< 
245    REAL(wp) ::  torque_seg                  !<
246    REAL(wp) ::  u_int_l                     !<
247    REAL(wp) ::  u_int_u                     !<
248    REAL(wp) ::  u_rot                       !<
249    REAL(wp) ::  v_int_l                     !<
250    REAL(wp) ::  v_int_u                     !<
251    REAL(wp) ::  w_int_l                     !<
252    REAL(wp) ::  w_int_u                     !<
253!
254!-  Tendencies from the nacelle and tower thrust
255    REAL(wp) ::  tend_nac_x = 0.0_wp  !<
256    REAL(wp) ::  tend_tow_x = 0.0_wp  !<
257    REAL(wp) ::  tend_nac_y = 0.0_wp  !<
258    REAL(wp) ::  tend_tow_y = 0.0_wp  !<
259
260    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  alpha_attack !<
261    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  chord        !<
262    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  omega_gen    !< curr. generator speed
263    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  phi_rel      !<
264    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  pitch_add_old!<
265    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  torque_total !<
266    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  thrust_rotor !<
267    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  turb_cl      !<
268    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  turb_cd      !<
269    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vrel         !<
270    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vtheta       !<
271
272    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  rbx, rby, rbz     !< coordinates of the blade elements
273    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  rotx, roty, rotz  !< normal vectors to the rotor coordinates
274
275!
276!-  Fields for the interpolation of velocities on the rotor grid
277    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  u_int       !<
278    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  u_int_1_l   !<
279    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  v_int       !<
280    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  v_int_1_l   !<
281    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  w_int       !<
282    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  w_int_1_l   !<
283   
284!
285!-  rotor tendencies on the segments
286    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: thrust_seg   !<
287    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_seg_y !<
288    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_seg_z !<   
289
290!
291!-  rotor tendencies on the rings
292    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  thrust_ring       !<
293    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  torque_ring_y     !<
294    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  torque_ring_z     !<
295   
296!
297!-  rotor tendencies on rotor grids for all turbines
298    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  thrust      !<
299    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  torque_y    !<
300    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  torque_z    !<
301
302!
303!-  rotor tendencies on coordinate grid
304    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rot_tend_x  !<
305    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rot_tend_y  !<
306    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rot_tend_z  !<
307!   
308!-  variables for the rotation of the rotor coordinates       
309    REAL(wp), DIMENSION(1:100,1:3,1:3) ::  rot_coord_trans  !< matrix for rotation of rotor coordinates
310   
311    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rot_eigen_rad   !<
312    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rot_eigen_azi   !<
313    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rot_eigen_nor   !<
314    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  re              !<
315    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rea             !<
316    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  ren             !<
317    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rote            !<
318    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rota            !<
319    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rotn            !<
320
321!
322!-- Fixed variables for the speed controller
323
324    LOGICAL  ::  start_up = .TRUE.   !<
325   
326    REAL(wp) ::  Fcorner             !< corner freq for the controller low pass filter
327    REAL(wp) ::  min_reg25           !< min region 2.5
328    REAL(wp) ::  om_rate             !< rotor speed change
329    REAL(wp) ::  slope15             !< slope in region 1.5
330    REAL(wp) ::  slope25             !< slope in region 2.5
331    REAL(wp) ::  trq_rate            !< torque change
332    REAL(wp) ::  vs_sysp             !<
333    REAL(wp) ::  lp_coeff            !< coeff for the controller low pass filter
334   
335    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: omega_gen_old   !< last gen. speed
336    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: omega_gen_f     !< filtered gen. sp
337    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: omega_gen_f_old !< last filt. gen. sp
338    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_gen      !< generator torque
339    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_gen_old  !< last gen. torque
340
341    REAL(wp), DIMENSION(100) :: omega_rot_l = 0.0_wp !< local rot speed [rad/s]
342!
343!-- Fixed variables for the yaw controller
344
345    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  yawdir           !< direction to yaw
346    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  phi_yaw_l        !< local (cpu) yaw angle
347    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wd30_l           !< local (cpu) long running avg of the wd
348    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wd2_l            !< local (cpu) short running avg of the wd
349    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wdir             !< wind direction at hub
350    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  u_inflow         !< wind speed at hub
351    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wdir_l           !<
352    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  u_inflow_l       !<
353    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wd30             !<
354    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wd2              !<
355    LOGICAL,  DIMENSION(1:100)            ::  doyaw = .FALSE.  !<
356    INTEGER(iwp)                          ::  WDLON            !<
357    INTEGER(iwp)                          ::  WDSHO            !<
358
359
360    SAVE
361
362
363    INTERFACE wtm_parin
364       MODULE PROCEDURE wtm_parin
365    END INTERFACE wtm_parin
366   
367    INTERFACE wtm_check_parameters
368       MODULE PROCEDURE wtm_check_parameters
369    END INTERFACE wtm_check_parameters
370       
371    INTERFACE wtm_init_arrays
372       MODULE PROCEDURE wtm_init_arrays
373    END INTERFACE wtm_init_arrays
374
375    INTERFACE wtm_init
376       MODULE PROCEDURE wtm_init
377    END INTERFACE wtm_init
378   
379    INTERFACE wtm_read_blade_tables
380       MODULE PROCEDURE wtm_read_blade_tables
381    END INTERFACE wtm_read_blade_tables
382           
383    INTERFACE wtm_forces
384       MODULE PROCEDURE wtm_forces
385       MODULE PROCEDURE wtm_yawcontrol
386    END INTERFACE wtm_forces
387   
388    INTERFACE wtm_rotate_rotor
389       MODULE PROCEDURE wtm_rotate_rotor
390    END INTERFACE wtm_rotate_rotor
391   
392    INTERFACE wtm_speed_control
393       MODULE PROCEDURE wtm_init_speed_control
394       MODULE PROCEDURE wtm_speed_control
395    END INTERFACE wtm_speed_control
396
397    INTERFACE wtm_tendencies
398       MODULE PROCEDURE wtm_tendencies
399       MODULE PROCEDURE wtm_tendencies_ij
400    END INTERFACE wtm_tendencies
401   
402   
403    PUBLIC wtm_check_parameters, wtm_forces, wtm_init, wtm_init_arrays,        &
404           wtm_parin, wtm_tendencies, wtm_tendencies_ij, wind_turbine
405
406 CONTAINS
407
408
409!------------------------------------------------------------------------------!
410! Description:
411! ------------
412!> Parin for &wind_turbine_par for wind turbine model
413!------------------------------------------------------------------------------!
414    SUBROUTINE wtm_parin
415
416
417       IMPLICIT NONE
418       
419       INTEGER(iwp) ::  ierrn       !<
420
421       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current line of the parameter file
422
423       NAMELIST /wind_turbine_par/   air_dens, dtow, gear_eff, gear_ratio,     &
424                                  gen_eff, inertia_gen, inertia_rot, max_miss, &
425                                  max_torque_gen, max_trq_rate, min_miss,      &
426                                  min_reg15, min_reg2, nairfoils, nturbines,   &
427                                  omega_rot, phi_yaw, pitch_add, pitch_control,&
428                                  rated_genspeed, rated_power, rcx, rcy, rcz,  &
429                                  rnac, rr, segment_length, segment_width,     &
430                                  slope2, speed_control, tilt, time_turbine_on,&
431                                  turb_cd_nacelle, turb_cd_tower, pitch_rate,  &
432                                  yaw_control, yaw_speed, tl_cor
433
434!
435!--    Try to find wind turbine model package
436       REWIND ( 11 )
437       line = ' '
438       DO  WHILE ( INDEX( line, '&wind_turbine_par' ) == 0 )
439          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
440       ENDDO
441       BACKSPACE ( 11 )
442
443!
444!--    Read user-defined namelist
445       READ ( 11, wind_turbine_par, IOSTAT=ierrn )
446
447       IF ( ierrn < 0 )  THEN
448          message_string = 'no wind_turbine_par-NAMELIST found: '  //          &
449                           'End of file has reached'
450          CALL message( 'wtm_parin', 'PA0460', 1, 2, 0, 6, 0 )
451       ELSEIF ( ierrn > 0 ) THEN
452          message_string = 'errors in wind_turbine_par-NAMELIST: '  //          &
453                           'some variables for steering may not be properly set'
454          CALL message( 'wtm_parin', 'PA0466', 1, 2, 0, 6, 0 )               
455       ENDIF
456       
457!
458!--    Set flag that indicates that the wind turbine model is switched on
459       wind_turbine = .TRUE.
460
461 10    CONTINUE   ! TBD Change from continue, mit ierrn machen
462
463
464    END SUBROUTINE wtm_parin
465
466    SUBROUTINE wtm_check_parameters
467
468   
469       IMPLICIT NONE
470   
471       IF ( ( .NOT.speed_control ) .AND. pitch_control )  THEN
472          message_string = 'pitch_control = .TRUE. requires '//                &
473                           'speed_control = .TRUE.'
474          CALL message( 'wtm_check_parameters', 'PA0461', 1, 2, 0, 6, 0 )
475       ENDIF
476       
477       IF ( ANY( omega_rot(1:nturbines) < 0.0 ) )  THEN
478          message_string = 'omega_rot < 0.0, Please set omega_rot to '     // &
479                           'a value larger than or equal to zero'
480          CALL message( 'wtm_check_parameters', 'PA0462', 1, 2, 0, 6, 0 )
481       ENDIF
482       
483       
484       IF ( ANY( rcx(1:nturbines) == 9999999.9_wp ) .OR.                       &
485            ANY( rcy(1:nturbines) == 9999999.9_wp ) .OR.                       &
486            ANY( rcz(1:nturbines) == 9999999.9_wp ) )  THEN
487         
488          message_string = 'rcx, rcy, rcz '                                 // &
489                           'have to be given for each turbine.'         
490          CALL message( 'wtm_check_parameters', 'PA0463', 1, 2, 0, 6, 0 )         
491         
492       ENDIF
493
494 
495    END SUBROUTINE wtm_check_parameters
496   
497                                       
498!------------------------------------------------------------------------------!
499! Description:
500! ------------
501!> Allocate wind turbine model arrays
502!------------------------------------------------------------------------------!
503    SUBROUTINE wtm_init_arrays
504
505
506       IMPLICIT NONE
507
508       REAL(wp) ::  delta_r_factor   !<
509       REAL(wp) ::  delta_r_init     !<
510
511!
512!--    To be able to allocate arrays with dimension of rotor rings and segments,
513!--    the maximum possible numbers of rings and segments have to be calculated:
514
515       ALLOCATE( nrings(1:nturbines) )
516       ALLOCATE( delta_r(1:nturbines) )
517
518       nrings(:)  = 0
519       delta_r(:) = 0.0_wp
520
521!
522!--    Thickness (radial) of each ring and length (tangential) of each segment:
523       delta_r_factor = segment_width
524       delta_t_factor = segment_length
525       delta_r_init   = delta_r_factor * MIN( dx, dy, dz)
526       delta_t        = delta_t_factor * MIN( dx, dy, dz)
527
528       DO inot = 1, nturbines
529!
530!--       Determine number of rings:
531          nrings(inot) = NINT( rr(inot) / delta_r_init )
532
533          delta_r(inot) = rr(inot) / nrings(inot)
534
535       ENDDO
536
537       nrings_max = MAXVAL(nrings)
538
539       ALLOCATE( nsegs(1:nrings_max,1:nturbines) )
540       ALLOCATE( nsegs_total(1:nturbines) )
541
542       nsegs(:,:)     = 0
543       nsegs_total(:) = 0
544
545
546       DO inot = 1, nturbines
547          DO ring = 1, nrings(inot)
548!
549!--          Determine number of segments for each ring:
550             nsegs(ring,inot) = MAX( 8, CEILING( delta_r_factor * pi *         &
551                                                 ( 2.0_wp * ring - 1.0_wp ) /  &
552                                                 delta_t_factor ) )
553          ENDDO
554!
555!--       Total sum of all rotor segments:
556          nsegs_total(inot) = SUM( nsegs(:,inot) )
557
558       ENDDO
559
560!
561!--    Maximum number of segments per ring:
562       nsegs_max = MAXVAL(nsegs)
563
564!!
565!!--    TODO: Folgendes im Header ausgeben!
566!       IF ( myid == 0 )  THEN
567!          PRINT*, 'nrings(1) = ', nrings(1)
568!          PRINT*, '--------------------------------------------------'
569!          PRINT*, 'nsegs(:,1) = ', nsegs(:,1)
570!          PRINT*, '--------------------------------------------------'
571!          PRINT*, 'nrings_max = ', nrings_max
572!          PRINT*, 'nsegs_max = ', nsegs_max
573!          PRINT*, 'nsegs_total(1) = ', nsegs_total(1)
574!       ENDIF
575
576
577!
578!--    Allocate 1D arrays (dimension = number of turbines)
579       ALLOCATE( i_hub(1:nturbines) )
580       ALLOCATE( i_smear(1:nturbines) )
581       ALLOCATE( j_hub(1:nturbines) )
582       ALLOCATE( j_smear(1:nturbines) )
583       ALLOCATE( k_hub(1:nturbines) )
584       ALLOCATE( k_smear(1:nturbines) )
585       ALLOCATE( torque_total(1:nturbines) )
586       ALLOCATE( thrust_rotor(1:nturbines) )
587
588!
589!--    Allocation of the 1D arrays for speed pitch_control
590       ALLOCATE( omega_gen(1:nturbines) )
591       ALLOCATE( omega_gen_old(1:nturbines) )
592       ALLOCATE( omega_gen_f(1:nturbines) )
593       ALLOCATE( omega_gen_f_old(1:nturbines) )
594       ALLOCATE( pitch_add_old(1:nturbines) )
595       ALLOCATE( torque_gen(1:nturbines) )
596       ALLOCATE( torque_gen_old(1:nturbines) )
597
598!
599!--    Allocation of the 1D arrays for yaw control
600       ALLOCATE( yawdir(1:nturbines) )
601       ALLOCATE( u_inflow(1:nturbines) )
602       ALLOCATE( wdir(1:nturbines) )
603       ALLOCATE( u_inflow_l(1:nturbines) )
604       ALLOCATE( wdir_l(1:nturbines) )
605       ALLOCATE( phi_yaw_l(1:nturbines) )
606       
607!
608!--    Allocate 1D arrays (dimension = number of rotor segments)
609       ALLOCATE( alpha_attack(1:nsegs_max) )
610       ALLOCATE( chord(1:nsegs_max) )
611       ALLOCATE( phi_rel(1:nsegs_max) )
612       ALLOCATE( thrust_seg(1:nsegs_max) )
613       ALLOCATE( torque_seg_y(1:nsegs_max) )
614       ALLOCATE( torque_seg_z(1:nsegs_max) )
615       ALLOCATE( turb_cd(1:nsegs_max) )
616       ALLOCATE( turb_cl(1:nsegs_max) )
617       ALLOCATE( vrel(1:nsegs_max) )
618       ALLOCATE( vtheta(1:nsegs_max) )
619
620!
621!--    Allocate 2D arrays (dimension = number of rotor rings and segments)
622       ALLOCATE( rbx(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
623       ALLOCATE( rby(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
624       ALLOCATE( rbz(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
625       ALLOCATE( thrust_ring(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
626       ALLOCATE( torque_ring_y(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
627       ALLOCATE( torque_ring_z(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
628
629!
630!--    Allocate additional 2D arrays
631       ALLOCATE( rotx(1:nturbines,1:3) )
632       ALLOCATE( roty(1:nturbines,1:3) )
633       ALLOCATE( rotz(1:nturbines,1:3) )
634
635!
636!--    Allocate 3D arrays (dimension = number of grid points)
637       ALLOCATE( nac_cd_surf(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
638       ALLOCATE( rot_tend_x(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
639       ALLOCATE( rot_tend_y(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
640       ALLOCATE( rot_tend_z(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
641       ALLOCATE( thrust(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
642       ALLOCATE( torque_y(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
643       ALLOCATE( torque_z(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
644       ALLOCATE( tow_cd_surf(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
645
646!
647!--    Allocate additional 3D arrays
648       ALLOCATE( u_int(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
649       ALLOCATE( u_int_1_l(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
650       ALLOCATE( v_int(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
651       ALLOCATE( v_int_1_l(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
652       ALLOCATE( w_int(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
653       ALLOCATE( w_int_1_l(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
654
655!
656!--    All of the arrays are initialized with a value of zero:
657       i_hub(:)                 = 0
658       i_smear(:)               = 0
659       j_hub(:)                 = 0
660       j_smear(:)               = 0
661       k_hub(:)                 = 0
662       k_smear(:)               = 0
663       
664       torque_total(:)          = 0.0_wp
665       thrust_rotor(:)          = 0.0_wp
666
667       omega_gen(:)             = 0.0_wp
668       omega_gen_old(:)         = 0.0_wp
669       omega_gen_f(:)           = 0.0_wp
670       omega_gen_f_old(:)       = 0.0_wp
671       pitch_add_old(:)         = 0.0_wp
672       torque_gen(:)            = 0.0_wp
673       torque_gen_old(:)        = 0.0_wp
674       
675       yawdir(:)                = 0.0_wp
676       wdir(:)                  = 0.0_wp
677       u_inflow(:)              = 0.0_wp
678
679!
680!--    Allocate 1D arrays (dimension = number of rotor segments)
681       alpha_attack(:)          = 0.0_wp
682       chord(:)                 = 0.0_wp
683       phi_rel(:)               = 0.0_wp
684       thrust_seg(:)            = 0.0_wp
685       torque_seg_y(:)          = 0.0_wp
686       torque_seg_z(:)          = 0.0_wp
687       turb_cd(:)               = 0.0_wp
688       turb_cl(:)               = 0.0_wp
689       vrel(:)                  = 0.0_wp
690       vtheta(:)                = 0.0_wp
691
692       rbx(:,:)                 = 0.0_wp
693       rby(:,:)                 = 0.0_wp
694       rbz(:,:)                 = 0.0_wp
695       thrust_ring(:,:)         = 0.0_wp
696       torque_ring_y(:,:)       = 0.0_wp
697       torque_ring_z(:,:)       = 0.0_wp
698
699       rotx(:,:)                = 0.0_wp
700       roty(:,:)                = 0.0_wp
701       rotz(:,:)                = 0.0_wp
702
703       nac_cd_surf(:,:,:)       = 0.0_wp
704       rot_tend_x(:,:,:)        = 0.0_wp
705       rot_tend_y(:,:,:)        = 0.0_wp
706       rot_tend_z(:,:,:)        = 0.0_wp
707       thrust(:,:,:)            = 0.0_wp
708       torque_y(:,:,:)          = 0.0_wp
709       torque_z(:,:,:)          = 0.0_wp
710       tow_cd_surf(:,:,:)       = 0.0_wp
711
712       u_int(:,:,:)             = 0.0_wp
713       u_int_1_l(:,:,:)         = 0.0_wp
714       v_int(:,:,:)             = 0.0_wp
715       v_int_1_l(:,:,:)         = 0.0_wp
716       w_int(:,:,:)             = 0.0_wp
717       w_int_1_l(:,:,:)         = 0.0_wp
718
719
720    END SUBROUTINE wtm_init_arrays
721
722
723!------------------------------------------------------------------------------!
724! Description:
725! ------------
726!> Initialization of the wind turbine model
727!------------------------------------------------------------------------------!
728    SUBROUTINE wtm_init
729
730   
731       IMPLICIT NONE
732
733       INTEGER(iwp) ::  i  !< running index
734       INTEGER(iwp) ::  j  !< running index
735       INTEGER(iwp) ::  k  !< running index
736       
737!
738!--    Help variables for the smearing function       
739       REAL(wp) ::  eps_kernel       !<       
740       
741!
742!--    Help variables for calculation of the tower drag       
743       INTEGER(iwp) ::  tower_n      !<
744       INTEGER(iwp) ::  tower_s      !<
745!
746!--    Help variables for the calulaction of the nacelle drag
747       INTEGER(iwp) ::  i_ip         !<
748       INTEGER(iwp) ::  i_ipg        !<
749       
750       REAL(wp) ::  yvalue               
751       REAL(wp) ::  dy_int           !<
752       REAL(wp) ::  dz_int           !<
753       
754       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: circle_points  !<
755             
756       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nacb       !<
757       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nacl       !<
758       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nacr       !<
759       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nact       !<
760       
761       ALLOCATE( index_nacb(1:nturbines) )
762       ALLOCATE( index_nacl(1:nturbines) )
763       ALLOCATE( index_nacr(1:nturbines) )
764       ALLOCATE( index_nact(1:nturbines) )
765
766
767       IF ( speed_control)  THEN
768       
769          CALL wtm_speed_control
770
771       ENDIF
772
773!
774!------------------------------------------------------------------------------!
775!--    Calculation of parameters for the regularization kernel
776!--    (smearing of the forces)
777!------------------------------------------------------------------------------!
778!
779!--    In the following, some of the required parameters for the smearing will
780!--    be calculated:
781
782!--    The kernel is set equal to twice the grid spacing which has turned out to
783!--    be a reasonable value (see e.g. Troldborg et al. (2013), Wind Energy,
784!--    DOI: 10.1002/we.1608):
785       eps_kernel = 2.0_wp * dx
786!
787!--    The zero point (eps_min) of the polynomial function must be the following
788!--    if the integral of the polynomial function (for values < eps_min) shall
789!--    be equal to the integral of the Gaussian function used before:
790       eps_min = ( 105.0_wp / 32.0_wp )**( 1.0_wp / 3.0_wp ) *                 &
791                 pi**( 1.0_wp / 6.0_wp ) * eps_kernel
792!
793!--    Square of eps_min:
794       eps_min2 = eps_min**2
795!
796!--    Parameters in the polynomial function:
797       pol_a = 1.0_wp / eps_min**4
798       pol_b = 2.0_wp / eps_min**2
799!
800!--    Normalization factor which is the inverse of the integral of the smearing
801!--    function:
802       eps_factor = 105.0_wp / ( 32.0_wp * pi * eps_min**3 )
803       
804!--    Change tilt angle to rad:
805       tilt = tilt * pi / 180.0_wp
806     
807!
808!--    Change yaw angle to rad:
809       phi_yaw(:) = phi_yaw(:) * pi / 180.0_wp
810
811
812       DO inot = 1, nturbines
813!
814!--       Rotate the rotor coordinates in case yaw and tilt are defined
815          CALL wtm_rotate_rotor( inot )
816         
817!
818!--       Determine the indices of the hub height
819          i_hub(inot) = INT(   rcx(inot)                 / dx )
820          j_hub(inot) = INT( ( rcy(inot) + 0.5_wp * dy ) / dy )
821          k_hub(inot) = INT( ( rcz(inot) + 0.5_wp * dz ) / dz )
822
823!
824!--       Determining the area to which the smearing of the forces is applied.
825!--       As smearing now is effectively applied only for distances smaller than
826!--       eps_min, the smearing area can be further limited and regarded as a
827!--       function of eps_min:
828          i_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) + eps_min ) / dx )
829          j_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) + eps_min ) / dy )
830          k_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) + eps_min ) / dz )
831       
832       ENDDO
833
834!
835!------------------------------------------------------------------------------!
836!--    Determine the area within each grid cell that overlaps with the area
837!--    of the nacelle and the tower (needed for calculation of the forces)
838!------------------------------------------------------------------------------!
839!
840!--    Note: so far this is only a 2D version, in that the mean flow is
841!--    perpendicular to the rotor area.
842
843!
844!--    Allocation of the array containing information on the intersection points
845!--    between rotor disk and the numerical grid:
846       upper_end = ( ny + 1 ) * 10000 
847
848       ALLOCATE( circle_points(1:2,1:upper_end) )
849       
850       circle_points(:,:) = 0.0_wp
851
852       
853       DO inot = 1, nturbines                     ! loop over number of turbines
854!
855!--       Determine the grid index (u-grid) that corresponds to the location of
856!--       the rotor center (reduces the amount of calculations in the case that
857!--       the mean flow is perpendicular to the rotor area):
858          i = i_hub(inot)
859
860!
861!--       Determine the left and the right edge of the nacelle (corresponding
862!--       grid point indices):
863          index_nacl(inot) = INT( ( rcy(inot) - rnac(inot) + 0.5_wp * dy ) / dy )
864          index_nacr(inot) = INT( ( rcy(inot) + rnac(inot) + 0.5_wp * dy ) / dy )
865!
866!--       Determine the bottom and the top edge of the nacelle (corresponding
867!--       grid point indices).The grid point index has to be increased by 1, as
868!--       the first level for the u-component (index 0) is situated below the
869!--       surface. All points between z=0 and z=dz/s would already be contained
870!--       in grid box 1.
871          index_nacb(inot) = INT( ( rcz(inot) - rnac(inot) ) / dz ) + 1
872          index_nact(inot) = INT( ( rcz(inot) + rnac(inot) ) / dz ) + 1
873
874!
875!--       Determine the indices of the grid boxes containing the left and
876!--       the right boundaries of the tower:
877          tower_n = ( rcy(inot) + 0.5_wp * dtow(inot) - 0.5_wp * dy ) / dy
878          tower_s = ( rcy(inot) - 0.5_wp * dtow(inot) - 0.5_wp * dy ) / dy
879
880!
881!--       Determine the fraction of the grid box area overlapping with the tower
882!--       area and multiply it with the drag of the tower:
883          IF ( ( nxlg <= i )  .AND.  ( nxrg >= i ) )  THEN
884
885             DO  j = nys, nyn
886!
887!--             Loop from south to north boundary of tower
888                IF ( ( j >= tower_s )  .AND.  ( j <= tower_n ) )  THEN
889
890                   DO  k = nzb, nzt
891
892                      IF ( k == k_hub(inot) )  THEN
893                         IF ( tower_n - tower_s >= 1 )  THEN
894!
895!--                      leftmost and rightmost grid box:
896                            IF ( j == tower_s )  THEN
897                               tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot) -              &
898                                    ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) )  *    & ! extension in z-direction
899                                  ( ( tower_s + 1.0_wp + 0.5_wp ) * dy    -    &
900                                    ( rcy(inot) - 0.5_wp * dtow(inot) ) ) *    & ! extension in y-direction
901                                  turb_cd_tower(inot)
902                            ELSEIF ( j == tower_n )  THEN
903                               tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot)            -   &
904                                    ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) )  *    & ! extension in z-direction
905                                  ( ( rcy(inot) + 0.5_wp * dtow(inot) )   -    &
906                                    ( tower_n + 0.5_wp ) * dy )           *    & ! extension in y-direction
907                                  turb_cd_tower(inot)
908!
909!--                         grid boxes inbetween
910!--                         (where tow_cd_surf = grid box area):
911                            ELSE
912                               tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot) -              &
913                                    ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) )  *    &
914                                    dy * turb_cd_tower(inot)
915                            ENDIF
916!
917!--                      tower lies completely within one grid box:
918                         ELSE
919                            tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot)                 - &
920                                       ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) ) *  &
921                                       dtow(inot) * turb_cd_tower(inot)
922                         ENDIF
923!
924!--                  In case that k is smaller than k_hub the following actions
925!--                  are carried out:
926                      ELSEIF ( k < k_hub(inot) )  THEN
927                     
928                         IF ( ( tower_n - tower_s ) >= 1 )  THEN
929!
930!--                         leftmost and rightmost grid box:
931                            IF ( j == tower_s )  THEN                         
932                               tow_cd_surf(k,j,i) = dz * (                     &
933                                      ( tower_s + 1 + 0.5_wp ) * dy         -  &
934                                      ( rcy(inot) - 0.5_wp * dtow(inot) )      &
935                                                        ) * turb_cd_tower(inot)
936                            ELSEIF ( j == tower_n )  THEN
937                               tow_cd_surf(k,j,i) = dz * (                     &
938                                      ( rcy(inot) + 0.5_wp * dtow(inot) )   -  &
939                                      ( tower_n + 0.5_wp ) * dy                &
940                                                         ) * turb_cd_tower(inot)
941!
942!--                         grid boxes inbetween
943!--                         (where tow_cd_surf = grid box area):
944                            ELSE
945                               tow_cd_surf(k,j,i) = dz * dy * turb_cd_tower(inot)
946                            ENDIF
947!
948!--                         tower lies completely within one grid box:
949                         ELSE
950                            tow_cd_surf(k,j,i) = dz * dtow(inot) *             &
951                                                turb_cd_tower(inot)
952                         ENDIF ! end if larger than grid box
953
954                      ENDIF    ! end if k == k_hub
955
956                   ENDDO       ! end loop over k
957
958                ENDIF          ! end if inside north and south boundary of tower
959
960             ENDDO             ! end loop over j
961
962          ENDIF                ! end if hub inside domain + ghostpoints
963       
964         
965          CALL exchange_horiz( tow_cd_surf, nbgp )
966
967!
968!--       Calculation of the nacelle area
969!--       CAUTION: Currently disabled due to segmentation faults on the FLOW HPC
970!--                cluster (Oldenburg)
971!!
972!!--       Tabulate the points on the circle that are required in the following for
973!!--       the calculation of the Riemann integral (node points; they are called
974!!--       circle_points in the following):
975!
976!          dy_int = dy / 10000.0_wp
977!
978!          DO  i_ip = 1, upper_end
979!             yvalue   = dy_int * ( i_ip - 0.5_wp ) + 0.5_wp * dy           !<--- segmentation fault
980!             sqrt_arg = rnac(inot)**2 - ( yvalue - rcy(inot) )**2          !<--- segmentation fault
981!             IF ( sqrt_arg >= 0.0_wp )  THEN
982!!
983!!--             bottom intersection point
984!                circle_points(1,i_ip) = rcz(inot) - SQRT( sqrt_arg )
985!!
986!!--             top intersection point
987!                circle_points(2,i_ip) = rcz(inot) + SQRT( sqrt_arg )       !<--- segmentation fault
988!             ELSE
989!                circle_points(:,i_ip) = -111111                            !<--- segmentation fault
990!             ENDIF
991!          ENDDO
992!
993!
994!          DO  j = nys, nyn
995!!
996!!--          In case that the grid box is located completely outside the nacelle
997!!--          (y) it can automatically be stated that there is no overlap between
998!!--          the grid box and the nacelle and consequently we can set
999!!--          nac_cd_surf(:,j,i) = 0.0:
1000!             IF ( ( j >= index_nacl(inot) )  .AND.  ( j <= index_nacr(inot) ) )  THEN
1001!                DO  k = nzb+1, nzt
1002!!
1003!!--                In case that the grid box is located completely outside the
1004!!--                nacelle (z) it can automatically be stated that there is no
1005!!--                overlap between the grid box and the nacelle and consequently
1006!!--                we can set nac_cd_surf(k,j,i) = 0.0:
1007!                   IF ( ( k >= index_nacb(inot) )  .OR.                           &
1008!                        ( k <= index_nact(inot) ) )  THEN
1009!!
1010!!--                   For all other cases Riemann integrals are calculated.
1011!!--                   Here, the points on the circle that have been determined
1012!!--                   above are used in order to calculate the overlap between the
1013!!--                   gridbox and the nacelle area (area approached by 10000
1014!!--                   rectangulars dz_int * dy_int):
1015!                      DO  i_ipg = 1, 10000
1016!                         dz_int = dz
1017!                         i_ip = j * 10000 + i_ipg
1018!!
1019!!--                      Determine the vertical extension dz_int of the circle
1020!!--                      within the current grid box:
1021!                         IF ( ( circle_points(2,i_ip) < zw(k) ) .AND.          &  !<--- segmentation fault
1022!                              ( circle_points(2,i_ip) >= zw(k-1) ) ) THEN
1023!                            dz_int = dz_int -                                  &  !<--- segmentation fault
1024!                                     ( zw(k) - circle_points(2,i_ip) )
1025!                         ENDIF
1026!                         IF ( ( circle_points(1,i_ip) <= zw(k) ) .AND.         &  !<--- segmentation fault
1027!                              ( circle_points(1,i_ip) > zw(k-1) ) ) THEN
1028!                            dz_int = dz_int -                                  &
1029!                                     ( circle_points(1,i_ip) - zw(k-1) )
1030!                         ENDIF
1031!                         IF ( zw(k-1) > circle_points(2,i_ip) ) THEN
1032!                            dz_int = 0.0_wp
1033!                         ENDIF
1034!                         IF ( zw(k) < circle_points(1,i_ip) ) THEN
1035!                            dz_int = 0.0_wp                     
1036!                         ENDIF
1037!                         IF ( ( nxlg <= i ) .AND. ( nxrg >= i ) ) THEN
1038!                            nac_cd_surf(k,j,i) = nac_cd_surf(k,j,i) +        &  !<--- segmentation fault
1039!                                                  dy_int * dz_int * turb_cd_nacelle(inot)
1040!                         ENDIF   
1041!                      ENDDO
1042!                   ENDIF
1043!                ENDDO
1044!             ENDIF
1045!
1046!          ENDDO
1047!       
1048!          CALL exchange_horiz( nac_cd_surf, nbgp )                                !<---  segmentation fault
1049
1050       ENDDO   ! end of loop over turbines
1051
1052       tow_cd_surf   = tow_cd_surf   / ( dx * dy * dz )      ! Normalize tower drag
1053       nac_cd_surf = nac_cd_surf / ( dx * dy * dz )      ! Normalize nacelle drag
1054
1055       CALL wtm_read_blade_tables
1056 
1057    END SUBROUTINE wtm_init
1058
1059
1060!------------------------------------------------------------------------------!
1061! Description:
1062! ------------
1063!> Read in layout of the rotor blade , the lift and drag tables
1064!> and the distribution of lift and drag tables along the blade
1065!------------------------------------------------------------------------------!
1066!
1067    SUBROUTINE wtm_read_blade_tables
1068
1069
1070       IMPLICIT NONE
1071
1072       INTEGER(iwp) ::  ii   !< running index
1073       INTEGER(iwp) ::  jj   !< running index
1074   
1075       INTEGER(iwp) ::  ierrn       !<
1076   
1077       CHARACTER(200) :: chmess     !< Read in string
1078
1079       INTEGER(iwp) ::  dlen        !< no. rows of local table
1080       INTEGER(iwp) ::  dlenbl      !< no. rows of cd, cl table
1081       INTEGER(iwp) ::  ialpha      !< table position of current alpha value
1082       INTEGER(iwp) ::  iialpha     !<
1083       INTEGER(iwp) ::  iir         !<
1084       INTEGER(iwp) ::  radres      !< radial resolution
1085       INTEGER(iwp) ::  t1          !< no. of airfoil
1086       INTEGER(iwp) ::  t2          !< no. of airfoil
1087       INTEGER(iwp) ::  trow        !<
1088       INTEGER(iwp) ::  dlenbl_int  !< no. rows of interpolated cd, cl tables
1089   
1090       REAL(wp) :: alpha_attack_i   !<
1091       REAL(wp) :: weight_a         !<
1092       REAL(wp) :: weight_b         !<
1093
1094       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: ttoint1    !<
1095       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: ttoint2    !<
1096   
1097       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cd_sel1   !<
1098       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cd_sel2   !<
1099       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cl_sel1   !<
1100       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cl_sel2   !<
1101       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: read_cl_cd     !< read in var array
1102             
1103       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE    :: alpha_attack_tab   !<
1104       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE    :: trad1              !<
1105       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE    :: trad2              !<         
1106       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE  :: turb_cd_table      !<
1107       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE  :: turb_cl_table      !<
1108                                         
1109       ALLOCATE ( read_cl_cd(1:2*nairfoils+1) )
1110
1111!
1112!--    Read in the distribution of lift and drag tables along the blade, the
1113!--    layout of the rotor blade and the lift and drag tables:
1114
1115       OPEN ( 90, FILE='WTM_DATA', STATUS='OLD', FORM='FORMATTED', IOSTAT=ierrn )
1116
1117       IF ( ierrn /= 0 )  THEN
1118          message_string = 'file WTM_DATA does not exist'
1119          CALL message( 'wtm_init', 'PA0464', 1, 2, 0, 6, 0 )
1120       ENDIF
1121!
1122!--    Read distribution table:
1123
1124       dlen = 0
1125
1126       READ ( 90, '(3/)' )
1127
1128       rloop3: DO
1129          READ ( 90, *, IOSTAT=ierrn ) chmess
1130          IF ( ierrn < 0  .OR.  chmess == '#'  .OR.  chmess == '')  EXIT rloop3
1131          dlen = dlen + 1
1132       ENDDO rloop3
1133
1134       ALLOCATE( trad1(1:dlen), trad2(1:dlen), ttoint1(1:dlen), ttoint2(1:dlen))
1135
1136       DO jj = 1,dlen+1
1137          BACKSPACE ( 90, IOSTAT=ierrn )
1138       ENDDO
1139
1140       DO jj = 1,dlen
1141          READ ( 90, * ) trad1(jj), trad2(jj), ttoint1(jj), ttoint2(jj)
1142       ENDDO
1143
1144!
1145!--    Read layout table:
1146
1147       dlen = 0 
1148
1149       READ ( 90, '(3/)')
1150
1151       rloop1: DO
1152          READ ( 90, *, IOSTAT=ierrn ) chmess
1153          IF ( ierrn < 0  .OR.  chmess == '#'  .OR.  chmess == '')  EXIT rloop1
1154          dlen = dlen + 1
1155       ENDDO rloop1
1156
1157       ALLOCATE( lrd(1:dlen), ard(1:dlen), crd(1:dlen) )
1158       DO jj = 1, dlen+1
1159          BACKSPACE ( 90, IOSTAT=ierrn )
1160       ENDDO             
1161       DO jj = 1, dlen
1162          READ ( 90, * ) lrd(jj), ard(jj), crd(jj) 
1163       ENDDO
1164
1165!
1166!--    Read tables (turb_cl(alpha),turb_cd(alpha) for the different profiles:
1167
1168       dlen = 0
1169
1170       READ ( 90, '(3/)' )
1171
1172       rloop2: DO
1173          READ ( 90, *, IOSTAT=ierrn ) chmess
1174          IF ( ierrn < 0  .OR.  chmess == '#'  .OR.  chmess == '')  EXIT rloop2
1175          dlen = dlen + 1
1176       ENDDO rloop2
1177
1178       ALLOCATE( alpha_attack_tab(1:dlen), turb_cl_table(1:dlen,1:nairfoils),  &
1179                 turb_cd_table(1:dlen,1:nairfoils) )
1180
1181       DO jj = 1,dlen+1
1182          BACKSPACE ( 90, IOSTAT=ierrn )
1183       ENDDO
1184
1185       DO jj = 1,dlen
1186          READ ( 90, * ) read_cl_cd
1187          alpha_attack_tab(jj) = read_cl_cd(1)
1188          DO ii= 1, nairfoils
1189             turb_cl_table(jj,ii) = read_cl_cd(ii*2)
1190             turb_cd_table(jj,ii) = read_cl_cd(ii*2+1)
1191          ENDDO
1192
1193       ENDDO
1194
1195       dlenbl = dlen
1196
1197       CLOSE ( 90 )
1198
1199!
1200!--    For each possible radial position (resolution: 0.1 m --> 630 values) and
1201!--    each possible angle of attack (resolution: 0.01 degrees --> 36000 values!)
1202!--    determine the lift and drag coefficient by interpolating between the
1203!--    tabulated values of each table (interpolate to current angle of attack)
1204!--    and between the tables (interpolate to current radial position):
1205
1206       ALLOCATE( turb_cl_sel1(0:dlenbl) ) 
1207       ALLOCATE( turb_cl_sel2(0:dlenbl) ) 
1208       ALLOCATE( turb_cd_sel1(0:dlenbl) )
1209       ALLOCATE( turb_cd_sel2(0:dlenbl) )
1210
1211       radres     = INT( rr(1) * 10.0_wp ) + 1_iwp
1212       dlenbl_int = INT( 360.0_wp / accu_cl_cd_tab ) + 1_iwp
1213
1214
1215       ALLOCATE( turb_cl_tab(0:dlenbl_int,1:radres) )
1216       ALLOCATE( turb_cd_tab(0:dlenbl_int,1:radres) )
1217
1218
1219       DO iir = 1, radres ! loop over radius
1220
1221          DO iialpha = 1, dlenbl_int  ! loop over angles
1222
1223             cur_r = ( iir - 1_iwp ) * 0.1_wp             
1224             alpha_attack_i = -180.0_wp + REAL( iialpha-1 ) * accu_cl_cd_tab
1225             ialpha = 1
1226
1227             DO WHILE ( ( alpha_attack_i > alpha_attack_tab(ialpha) ) .AND. (ialpha <= dlen ) )
1228                ialpha = ialpha + 1
1229             ENDDO
1230!
1231!--          Find position in table
1232             lct = MINLOC( ABS( trad1 - cur_r ) )
1233!                lct(1) = lct(1)
1234
1235             IF ( ( trad1(lct(1)) - cur_r ) .GT. 0.0 )  THEN
1236                lct(1) = lct(1) - 1
1237             ENDIF
1238
1239             trow = lct(1)
1240!
1241!--          Calculate weights for interpolation
1242             weight_a = ( trad2(trow) - cur_r ) / ( trad2(trow) - trad1(trow) )
1243             weight_b = ( cur_r - trad1(trow) ) / ( trad2(trow) - trad1(trow) )
1244             t1 = ttoint1(trow)
1245             t2 = ttoint2(trow)
1246
1247             IF ( t1 .EQ. t2 ) THEN  ! if both are the same, the weights are NaN
1248                weight_a = 0.5_wp    ! then do interpolate in between same twice
1249                weight_b = 0.5_wp    ! using 0.5 as weight
1250             ENDIF
1251
1252             IF ( t1 == 0 .AND. t2 == 0 ) THEN
1253                turb_cd_sel1 = 0.0_wp
1254                turb_cd_sel2 = 0.0_wp
1255                turb_cl_sel1 = 0.0_wp
1256                turb_cl_sel2 = 0.0_wp
1257             ELSE
1258                turb_cd_sel1 = turb_cd_table(:,t1)
1259                turb_cd_sel2 = turb_cd_table(:,t2)
1260                turb_cl_sel1 = turb_cl_table(:,t1)
1261                turb_cl_sel2 = turb_cl_table(:,t2)
1262             ENDIF
1263
1264!
1265!--          Interpolation of lift and drag coefficiencts on fine grid of radius
1266!--          segments and angles of attack
1267
1268             turb_cl_tab(iialpha,iir) = ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1269                                          alpha_attack_i ) /                   &
1270                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1271                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1272                                        ( weight_a * turb_cl_sel1(ialpha-1) +  &
1273                                          weight_b * turb_cl_sel2(ialpha-1) ) +&
1274                                        ( alpha_attack_i             -         &
1275                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) /       &
1276                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1277                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1278                                        ( weight_a * turb_cl_sel1(ialpha) +    &
1279                                          weight_b * turb_cl_sel2(ialpha) )
1280             turb_cd_tab(iialpha,iir) = ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1281                                          alpha_attack_i ) /                   &
1282                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1283                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1284                                        ( weight_a * turb_cd_sel1(ialpha-1) +  &
1285                                          weight_b * turb_cd_sel2(ialpha-1) ) +&
1286                                        ( alpha_attack_i             -         &
1287                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) /       &
1288                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1289                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1290                                        ( weight_a * turb_cd_sel1(ialpha) +    &
1291                                          weight_b * turb_cd_sel2(ialpha) )
1292   
1293          ENDDO   ! end loop over angles of attack
1294
1295       ENDDO   ! end loop over radius
1296   
1297    END SUBROUTINE wtm_read_blade_tables
1298
1299
1300!------------------------------------------------------------------------------!
1301! Description:
1302! ------------
1303!> The projection matrix for the coordinate system of therotor disc in respect
1304!> to the yaw and tilt angle of the rotor is calculated
1305!------------------------------------------------------------------------------!
1306    SUBROUTINE wtm_rotate_rotor( inot )
1307
1308
1309       IMPLICIT NONE
1310
1311       INTEGER(iwp) :: inot
1312!
1313!--    Calculation of the rotation matrix for the application of the tilt to
1314!--    the rotors
1315       rot_eigen_rad(1) = SIN( phi_yaw(inot) )    ! x-component of the radial eigenvector
1316       rot_eigen_rad(2) = COS( phi_yaw(inot) )    ! y-component of the radial eigenvector
1317       rot_eigen_rad(3) = 0.0_wp                  ! z-component of the radial eigenvector
1318
1319       rot_eigen_azi(1) = 0.0_wp                  ! x-component of the azimuth eigenvector
1320       rot_eigen_azi(2) = 0.0_wp                  ! y-component of the azimuth eigenvector
1321       rot_eigen_azi(3) = 1.0_wp                  ! z-component of the azimuth eigenvector
1322
1323       rot_eigen_nor(1) =  COS( phi_yaw(inot) )   ! x-component of the normal eigenvector
1324       rot_eigen_nor(2) = -SIN( phi_yaw(inot) )   ! y-component of the normal eigenvector
1325       rot_eigen_nor(3) = 0.0_wp                  ! z-component of the normal eigenvector
1326   
1327!
1328!--    Calculation of the coordinate transformation matrix to apply a tilt to
1329!--    the rotor. If tilt = 0, rot_coord_trans is a unit matrix.
1330
1331       rot_coord_trans(inot,1,1) = rot_eigen_rad(1)**2                   *     &
1332                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) ) + COS( tilt ) 
1333       rot_coord_trans(inot,1,2) = rot_eigen_rad(1) * rot_eigen_rad(2)   *     &
1334                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              -     &
1335                                   rot_eigen_rad(3) * SIN( tilt )
1336       rot_coord_trans(inot,1,3) = rot_eigen_rad(1) * rot_eigen_rad(3)   *     &
1337                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              +     &
1338                                   rot_eigen_rad(2) * SIN( tilt )
1339       rot_coord_trans(inot,2,1) = rot_eigen_rad(2) * rot_eigen_rad(1)   *     &
1340                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              +     &
1341                                   rot_eigen_rad(3) * SIN( tilt )
1342       rot_coord_trans(inot,2,2) = rot_eigen_rad(2)**2                   *     &
1343                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) ) + COS( tilt ) 
1344       rot_coord_trans(inot,2,3) = rot_eigen_rad(2) * rot_eigen_rad(3)   *     &
1345                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              -     &
1346                                   rot_eigen_rad(1) * SIN( tilt )
1347       rot_coord_trans(inot,3,1) = rot_eigen_rad(3) * rot_eigen_rad(1)   *     &
1348                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              -     &
1349                                   rot_eigen_rad(2) * SIN( tilt )
1350       rot_coord_trans(inot,3,2) = rot_eigen_rad(3) * rot_eigen_rad(2)   *     &
1351                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              +     &
1352                                   rot_eigen_rad(1) * SIN( tilt )
1353       rot_coord_trans(inot,3,3) = rot_eigen_rad(3)**2                   *     &
1354                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) ) + COS( tilt )
1355
1356!
1357!--    Vectors for the Transformation of forces from the rotor's spheric
1358!--    coordinate system to the cartesian coordinate system
1359       rotx(inot,:) = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rot_eigen_nor )
1360       roty(inot,:) = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rot_eigen_rad )
1361       rotz(inot,:) = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rot_eigen_azi )
1362   
1363    END SUBROUTINE wtm_rotate_rotor
1364
1365
1366!------------------------------------------------------------------------------!
1367! Description:
1368! ------------
1369!> Calculation of the forces generated by the wind turbine
1370!------------------------------------------------------------------------------!
1371    SUBROUTINE wtm_forces
1372
1373
1374       IMPLICIT NONE
1375
1376       CHARACTER (LEN=2) ::  turbine_id
1377
1378       INTEGER(iwp) ::  i, j, k          !< loop indices
1379       INTEGER(iwp) ::  inot             !< turbine loop index (turbine id)
1380       INTEGER(iwp) ::  iialpha, iir     !<
1381       INTEGER(iwp) ::  rseg, rseg_int   !<
1382       INTEGER(iwp) ::  ring, ring_int   !<
1383       INTEGER(iwp) ::  ii, jj, kk       !<
1384   
1385       REAL(wp)     ::  flag               !< flag to mask topography grid points
1386       REAL(wp)     ::  sin_rot, cos_rot   !<
1387       REAL(wp)     ::  sin_yaw, cos_yaw   !<
1388       
1389       REAL(wp) ::  aa, bb, cc, dd  !< interpolation distances
1390       REAL(wp) ::  gg              !< interpolation volume var 
1391       
1392       REAL(wp) ::  dist_u_3d, dist_v_3d, dist_w_3d  !< smearing distances
1393
1394       
1395!
1396!      Variables for pitch control
1397       REAL(wp)     ::  torque_max=0.0_wp
1398       LOGICAL      ::  pitch_sw=.FALSE.
1399
1400       INTEGER(iwp), DIMENSION(1) :: lct=0
1401       REAL(wp), DIMENSION(1)     :: rad_d=0.0_wp
1402       
1403       REAL(wp) :: tl_factor !< factor for tip loss correction
1404
1405
1406       CALL cpu_log( log_point_s(61), 'wtm_forces', 'start' )
1407
1408
1409       IF ( simulated_time >= time_turbine_on ) THEN
1410
1411!
1412!--       Set forces to zero for each new time step:
1413          thrust(:,:,:)         = 0.0_wp
1414          torque_y(:,:,:)       = 0.0_wp
1415          torque_z(:,:,:)       = 0.0_wp
1416          torque_total(:)       = 0.0_wp
1417          rot_tend_x(:,:,:)     = 0.0_wp
1418          rot_tend_y(:,:,:)     = 0.0_wp
1419          rot_tend_z(:,:,:)     = 0.0_wp
1420          thrust_rotor(:)       = 0.0_wp
1421!
1422!--       Loop over number of turbines:
1423          DO inot = 1, nturbines
1424
1425             cos_yaw = COS(phi_yaw(inot))
1426             sin_yaw = SIN(phi_yaw(inot))
1427!
1428!--          Loop over rings of each turbine:
1429             DO ring = 1, nrings(inot)
1430
1431                thrust_seg(:)   = 0.0_wp
1432                torque_seg_y(:) = 0.0_wp
1433                torque_seg_z(:) = 0.0_wp
1434!
1435!--             Determine distance between each ring (center) and the hub:
1436                cur_r = (ring - 0.5_wp) * delta_r(inot)
1437
1438!
1439!--             Loop over segments of each ring of each turbine:
1440                DO rseg = 1, nsegs(ring,inot)
1441!
1442!--                !-----------------------------------------------------------!
1443!--                !-- Determine coordinates of the ring segments            --!
1444!--                !-----------------------------------------------------------!
1445!
1446!--                Determine angle of ring segment towards zero degree angle of
1447!--                rotor system (at zero degree rotor direction vectors aligned
1448!--                with y-axis):
1449                   phi_rotor = rseg * 2.0_wp * pi / nsegs(ring,inot)
1450                   cos_rot   = COS( phi_rotor )
1451                   sin_rot   = SIN( phi_rotor )
1452
1453!--                Now the direction vectors can be determined with respect to
1454!--                the yaw and tilt angle:
1455                   re(1) = cos_rot * sin_yaw
1456                   re(2) = cos_rot * cos_yaw   
1457                   re(3) = sin_rot
1458
1459                   rote = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), re )
1460!
1461!--                Coordinates of the single segments (center points):
1462                   rbx(ring,rseg) = rcx(inot) + cur_r * rote(1)
1463                   rby(ring,rseg) = rcy(inot) + cur_r * rote(2)
1464                   rbz(ring,rseg) = rcz(inot) + cur_r * rote(3)
1465
1466!--                !-----------------------------------------------------------!
1467!--                !-- Interpolation of the velocity components from the     --!
1468!--                !-- cartesian grid point to the coordinates of each ring  --!
1469!--                !-- segment (follows a method used in the particle model) --!
1470!--                !-----------------------------------------------------------!
1471
1472                   u_int(inot,ring,rseg)     = 0.0_wp
1473                   u_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1474
1475                   v_int(inot,ring,rseg)     = 0.0_wp
1476                   v_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1477
1478                   w_int(inot,ring,rseg)     = 0.0_wp
1479                   w_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1480
1481!
1482!--                Interpolation of the u-component:
1483
1484                   ii =   rbx(ring,rseg) * ddx
1485                   jj = ( rby(ring,rseg) - 0.5_wp * dy ) * ddy
1486                   kk = ( rbz(ring,rseg) - 0.5_wp * dz ) / dz
1487!
1488!--                Interpolate only if all required information is available on
1489!--                the current PE:
1490                   IF ( ( ii >= nxl )  .AND.  ( ii <= nxr ) )  THEN
1491                      IF ( ( jj >= nys )  .AND.  ( jj <= nyn ) )  THEN
1492
1493                         aa = ( ( ii + 1          ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1494                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1495                         bb = ( rbx(ring,rseg) - ii * dx )                  *  &
1496                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1497                         cc = ( ( ii+1            ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1498                              ( rby(ring,rseg) - ( jj + 0.5_wp ) * dy )
1499                         dd = ( rbx(ring,rseg) -              ii * dx )     *  &
1500                              ( rby(ring,rseg) - ( jj + 0.5_wp ) * dy ) 
1501                         gg = dx * dy
1502
1503                         u_int_l = ( aa * u(kk,jj,ii)     +                    &
1504                                     bb * u(kk,jj,ii+1)   +                    &
1505                                     cc * u(kk,jj+1,ii)   +                    &
1506                                     dd * u(kk,jj+1,ii+1)                      &
1507                                   ) / gg
1508
1509                         u_int_u = ( aa * u(kk+1,jj,ii)     +                  &
1510                                     bb * u(kk+1,jj,ii+1)   +                  &
1511                                     cc * u(kk+1,jj+1,ii)   +                  &
1512                                     dd * u(kk+1,jj+1,ii+1)                    &
1513                                   ) / gg
1514
1515                         u_int_1_l(inot,ring,rseg) = u_int_l          +        &
1516                                     ( rbz(ring,rseg) - zu(kk) ) / dz *        &
1517                                     ( u_int_u - u_int_l )
1518
1519                      ELSE
1520                         u_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1521                      ENDIF
1522                   ELSE
1523                      u_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1524                   ENDIF
1525
1526
1527!
1528!--                Interpolation of the v-component:
1529                   ii = ( rbx(ring,rseg) - 0.5_wp * dx ) * ddx
1530                   jj =   rby(ring,rseg)                 * ddy
1531                   kk = ( rbz(ring,rseg) + 0.5_wp * dz ) / dz
1532!
1533!--                Interpolate only if all required information is available on
1534!--                the current PE:
1535                   IF ( ( ii >= nxl )  .AND.  ( ii <= nxr ) )  THEN
1536                      IF ( ( jj >= nys )  .AND.  ( jj <= nyn ) )  THEN
1537
1538                         aa = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1539                              ( ( jj + 1 )          * dy - rby(ring,rseg) )
1540                         bb = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1541                              ( ( jj + 1 ) * dy          - rby(ring,rseg) )
1542                         cc = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1543                              ( rby(ring,rseg)           -        jj * dy )
1544                         dd = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1545                              ( rby(ring,rseg)           -        jj * dy )
1546                         gg = dx * dy
1547
1548                         v_int_l = ( aa * v(kk,jj,ii)     +                    &
1549                                     bb * v(kk,jj,ii+1)   +                    &
1550                                     cc * v(kk,jj+1,ii)   +                    &
1551                                     dd * v(kk,jj+1,ii+1)                      &
1552                                   ) / gg
1553
1554                         v_int_u = ( aa * v(kk+1,jj,ii)     +                  &
1555                                     bb * v(kk+1,jj,ii+1)   +                  &
1556                                     cc * v(kk+1,jj+1,ii)   +                  &
1557                                     dd * v(kk+1,jj+1,ii+1)                    &
1558                                  ) / gg
1559
1560                         v_int_1_l(inot,ring,rseg) = v_int_l +                 &
1561                                     ( rbz(ring,rseg) - zu(kk) ) / dz *        &
1562                                     ( v_int_u - v_int_l )
1563
1564                      ELSE
1565                         v_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1566                      ENDIF
1567                   ELSE
1568                      v_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1569                   ENDIF
1570
1571
1572!
1573!--                Interpolation of the w-component:
1574                   ii = ( rbx(ring,rseg) - 0.5_wp * dx ) * ddx
1575                   jj = ( rby(ring,rseg) - 0.5_wp * dy ) * ddy
1576                   kk =   rbz(ring,rseg)                 / dz
1577!
1578!--                Interpolate only if all required information is available on
1579!--                the current PE:
1580                   IF ( ( ii >= nxl )  .AND.  ( ii <= nxr ) )  THEN
1581                      IF ( ( jj >= nys )  .AND.  ( jj <= nyn ) )  THEN
1582
1583                         aa = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1584                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1585                         bb = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1586                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1587                         cc = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1588                              ( rby(ring,rseg)     - ( jj + 0.5_wp ) * dy )
1589                         dd = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1590                              ( rby(ring,rseg)     - ( jj + 0.5_wp ) * dy )
1591                         gg = dx * dy
1592
1593                         w_int_l = ( aa * w(kk,jj,ii)     +                    &
1594                                     bb * w(kk,jj,ii+1)   +                    &
1595                                     cc * w(kk,jj+1,ii)   +                    &
1596                                     dd * w(kk,jj+1,ii+1)                      &
1597                                   ) / gg
1598
1599                         w_int_u = ( aa * w(kk+1,jj,ii)     +                  &
1600                                     bb * w(kk+1,jj,ii+1)   +                  &
1601                                     cc * w(kk+1,jj+1,ii)   +                  &
1602                                     dd * w(kk+1,jj+1,ii+1)                    &
1603                                    ) / gg
1604
1605                         w_int_1_l(inot,ring,rseg) = w_int_l +                 &
1606                                     ( rbz(ring,rseg) - zw(kk) ) / dz *        &
1607                                     ( w_int_u - w_int_l )
1608                      ELSE
1609                         w_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1610                      ENDIF
1611                   ELSE
1612                      w_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1613                   ENDIF
1614
1615                ENDDO
1616             ENDDO
1617
1618          ENDDO
1619
1620!
1621!--       Exchange between PEs (information required on each PE):
1622#if defined( __parallel )
1623          CALL MPI_ALLREDUCE( u_int_1_l, u_int, nturbines * MAXVAL(nrings) *   &
1624                              MAXVAL(nsegs), MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1625          CALL MPI_ALLREDUCE( v_int_1_l, v_int, nturbines * MAXVAL(nrings) *   &
1626                              MAXVAL(nsegs), MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1627          CALL MPI_ALLREDUCE( w_int_1_l, w_int, nturbines * MAXVAL(nrings) *   &
1628                              MAXVAL(nsegs), MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1629#else
1630          u_int = u_int_1_l
1631          v_int = v_int_1_l
1632          w_int = w_int_1_l
1633#endif
1634
1635
1636!
1637!--       Loop over number of turbines:
1638
1639          DO inot = 1, nturbines
1640pit_loop: DO
1641
1642             IF ( pitch_sw )  THEN
1643                torque_total(inot) = 0.0_wp
1644                thrust_rotor(inot) = 0.0_wp
1645                pitch_add(inot)    = pitch_add(inot) + 0.25_wp
1646!                 IF ( myid == 0 ) PRINT*, 'Pitch', inot, pitch_add(inot)
1647             ELSE
1648                cos_yaw = COS(phi_yaw(inot))
1649                sin_yaw = SIN(phi_yaw(inot))
1650                IF ( pitch_control )  THEN
1651                   pitch_add(inot) = MAX(pitch_add_old(inot) - pitch_rate *    &
1652                                         dt_3d , 0.0_wp )
1653                ENDIF
1654             ENDIF
1655
1656!
1657!--          Loop over rings of each turbine:
1658             DO ring = 1, nrings(inot)
1659!
1660!--             Determine distance between each ring (center) and the hub:
1661                cur_r = (ring - 0.5_wp) * delta_r(inot)
1662!
1663!--             Loop over segments of each ring of each turbine:
1664                DO rseg = 1, nsegs(ring,inot)
1665!
1666!--                Determine angle of ring segment towards zero degree angle of
1667!--                rotor system (at zero degree rotor direction vectors aligned
1668!--                with y-axis):
1669                   phi_rotor = rseg * 2.0_wp * pi / nsegs(ring,inot)
1670                   cos_rot   = COS(phi_rotor)
1671                   sin_rot   = SIN(phi_rotor)
1672!
1673!--                Now the direction vectors can be determined with respect to
1674!--                the yaw and tilt angle:
1675                   re(1) = cos_rot * sin_yaw
1676                   re(2) = cos_rot * cos_yaw
1677                   re(3) = sin_rot
1678
1679!                  The current unit vector in azimuthal direction:                         
1680                   rea(1) = - sin_rot * sin_yaw
1681                   rea(2) = - sin_rot * cos_yaw
1682                   rea(3) =   cos_rot
1683
1684!
1685!--                To respect the yawing angle for the calculations of
1686!--                velocities and forces the unit vectors perpendicular to the
1687!--                rotor area in direction of the positive yaw angle are defined:
1688                   ren(1) =   cos_yaw
1689                   ren(2) = - sin_yaw
1690                   ren(3) = 0.0_wp
1691!
1692!--                Multiplication with the coordinate transformation matrix
1693!--                gives the final unit vector with consideration of the rotor
1694!--                tilt:
1695                   rote = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), re )
1696                   rota = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rea )
1697                   rotn = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), ren )
1698!
1699!--                Coordinates of the single segments (center points):
1700                   rbx(ring,rseg) = rcx(inot) + cur_r * rote(1)
1701
1702                   rby(ring,rseg) = rcy(inot) + cur_r * rote(2)
1703
1704                   rbz(ring,rseg) = rcz(inot) + cur_r * rote(3)
1705
1706!
1707!--                !-----------------------------------------------------------!
1708!--                !-- Calculation of various angles and relative velocities --!
1709!--                !-----------------------------------------------------------!
1710!
1711!--                In the following the 3D-velocity field is projected its
1712!--                components perpedicular and parallel to the rotor area
1713!--                The calculation of forces will be done in the rotor-
1714!--                coordinates y' and z.
1715!--                The yaw angle will be reintroduced when the force is applied
1716!--                on the hydrodynamic equations
1717!
1718!--                Projection of the xy-velocities relative to the rotor area
1719!
1720!--                Velocity perpendicular to the rotor area:
1721                   u_rot = u_int(inot,ring,rseg)*rotn(1) +                     &
1722                   v_int(inot,ring,rseg)*rotn(2) +                             &
1723                   w_int(inot,ring,rseg)*rotn(3)
1724!
1725!--                Projection of the 3D-velocity vector in the azimuthal
1726!--                direction:
1727                   vtheta(rseg) = rota(1) * u_int(inot,ring,rseg) +            & 
1728                                  rota(2) * v_int(inot,ring,rseg) +            &
1729                                  rota(3) * w_int(inot,ring,rseg)
1730!
1731!--                Determination of the angle phi_rel between the rotor plane
1732!--                and the direction of the flow relative to the rotor:
1733
1734                   phi_rel(rseg) = ATAN( u_rot /                               &
1735                                         ( omega_rot(inot) * cur_r -           &
1736                                           vtheta(rseg) ) )
1737
1738!
1739!--                Interpolation of the local pitch angle from tabulated values
1740!--                to the current radial position:
1741
1742                   lct=minloc(ABS(cur_r-lrd))
1743                   rad_d=cur_r-lrd(lct)
1744                   
1745                   IF (cur_r == 0.0_wp) THEN
1746                      alpha_attack(rseg) = 0.0_wp
1747                   ELSE IF (cur_r >= lrd(size(ard))) THEN
1748                      alpha_attack(rseg) = ( ard(size(ard)) +                  &
1749                                             ard(size(ard)-1) ) / 2.0_wp
1750                   ELSE
1751                      alpha_attack(rseg) = ( ard(lct(1)) *  &
1752                                             ( ( lrd(lct(1)+1) - cur_r ) /     &
1753                                               ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) &
1754                                             ) ) + ( ard(lct(1)+1) *           &
1755                                             ( ( cur_r - lrd(lct(1)) ) /       &
1756                                               ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) ) )
1757                   ENDIF
1758
1759!
1760!--                In Fortran radian instead of degree is used as unit for all
1761!--                angles. Therefore, a transformation from angles given in
1762!--                degree to angles given in radian is necessary here:
1763                   alpha_attack(rseg) = alpha_attack(rseg) *                   &
1764                                        ( (2.0_wp*pi) / 360.0_wp )
1765!
1766!--                Substraction of the local pitch angle to obtain the local
1767!--                angle of attack:
1768                   alpha_attack(rseg) = phi_rel(rseg) - alpha_attack(rseg)
1769!
1770!--                Preliminary transformation back from angles given in radian
1771!--                to angles given in degree:
1772                   alpha_attack(rseg) = alpha_attack(rseg) *                   &
1773                                        ( 360.0_wp / (2.0_wp*pi) )
1774!
1775!--                Correct with collective pitch angle:
1776                   alpha_attack = alpha_attack - pitch_add(inot)
1777
1778!
1779!--                Determination of the magnitude of the flow velocity relative
1780!--                to the rotor:
1781                   vrel(rseg) = SQRT( u_rot**2 +                               &
1782                                      ( omega_rot(inot) * cur_r -              &
1783                                        vtheta(rseg) )**2 )
1784
1785!
1786!--                !-----------------------------------------------------------!
1787!--                !-- Interpolation of chord as well as lift and drag       --!
1788!--                !-- coefficients from tabulated values                    --!
1789!--                !-----------------------------------------------------------!
1790
1791!
1792!--                Interpolation of the chord_length from tabulated values to
1793!--                the current radial position:
1794
1795                   IF (cur_r == 0.0_wp) THEN
1796                      chord(rseg) = 0.0_wp
1797                   ELSE IF (cur_r >= lrd(size(crd))) THEN
1798                      chord(rseg) = (crd(size(crd)) + ard(size(crd)-1)) / 2.0_wp
1799                   ELSE
1800                      chord(rseg) = ( crd(lct(1)) *                            &
1801                            ( ( lrd(lct(1)+1) - cur_r ) /                      &
1802                              ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) ) ) +            &
1803                            ( crd(lct(1)+1) *                                  &
1804                            ( ( cur_r-lrd(lct(1)) ) /                          &
1805                              ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) ) )
1806                   ENDIF
1807
1808!
1809!--                Determine index of current angle of attack, needed for
1810!--                finding the appropriate interpolated values of the lift and
1811!--                drag coefficients (-180.0 degrees = 0, +180.0 degrees = 36000,
1812!--                so one index every 0.01 degrees):
1813                   iialpha = CEILING( ( alpha_attack(rseg) + 180.0_wp )        &
1814                                      * ( 1.0_wp / accu_cl_cd_tab ) )
1815!
1816!--                Determine index of current radial position, needed for
1817!--                finding the appropriate interpolated values of the lift and
1818!--                drag coefficients (one index every 0.1 m):
1819                   iir = CEILING( cur_r * 10.0_wp )
1820!
1821!--                Read in interpolated values of the lift and drag coefficients
1822!--                for the current radial position and angle of attack:
1823                   turb_cl(rseg) = turb_cl_tab(iialpha,iir)
1824                   turb_cd(rseg) = turb_cd_tab(iialpha,iir)
1825
1826!
1827!--                Final transformation back from angles given in degree to
1828!--                angles given in radian:
1829                   alpha_attack(rseg) = alpha_attack(rseg) *                   &
1830                                        ( (2.0_wp*pi) / 360.0_wp )
1831
1832                   IF ( tl_cor )  THEN
1833                   
1834!--                  Tip loss correction following Schito
1835!--                  Schito applies the tip loss correction only to the lift force
1836!--                  Therefore, the tip loss correction is only applied to the lift
1837!--                  coefficient and not to the drag coefficient in our case
1838!--                 
1839                     tl_factor = ( 2.0 / pi ) *                                &
1840                          ACOS( EXP( -1.0 * ( 3.0 * ( rr(inot) - cur_r ) /     &
1841                          ( 2.0 * cur_r * abs( sin( phi_rel(rseg) ) ) ) ) ) )
1842                         
1843                     turb_cl(rseg)  = tl_factor * turb_cl(rseg)                                 
1844                                 
1845                   END IF               
1846!
1847!--                !-----------------------------------------------------!
1848!--                !-- Calculation of the forces                       --!
1849!--                !-----------------------------------------------------!
1850
1851!
1852!--                Calculate the pre_factor for the thrust and torque forces:
1853
1854                   pre_factor = 0.5_wp * (vrel(rseg)**2) * 3.0_wp *  &
1855                                chord(rseg) * delta_r(inot) / nsegs(ring,inot)
1856
1857!
1858!--                Calculate the thrust force (x-component of the total force)
1859!--                for each ring segment:
1860                   thrust_seg(rseg) = pre_factor *                             &
1861                                      ( turb_cl(rseg) * COS(phi_rel(rseg)) +   &
1862                                        turb_cd(rseg) * SIN(phi_rel(rseg)) )
1863
1864!
1865!--                Determination of the second of the additional forces acting
1866!--                on the flow in the azimuthal direction: force vector as basis
1867!--                for torque (torque itself would be the vector product of the
1868!--                radius vector and the force vector):
1869                   torque_seg = pre_factor *                                   &
1870                                ( turb_cl(rseg) * SIN(phi_rel(rseg)) -         &
1871                                  turb_cd(rseg) * COS(phi_rel(rseg)) )
1872!
1873!--                Decomposition of the force vector into two parts:
1874!--                One acting along the y-direction and one acting along the
1875!--                z-direction of the rotor coordinate system:
1876
1877                   torque_seg_y(rseg) = -torque_seg * sin_rot
1878                   torque_seg_z(rseg) =  torque_seg * cos_rot
1879
1880!
1881!--                Add the segment thrust to the thrust of the whole rotor
1882                   thrust_rotor(inot) = thrust_rotor(inot) +                   &
1883                                        thrust_seg(rseg)                   
1884                   
1885
1886                   torque_total(inot) = torque_total(inot) + (torque_seg * cur_r)
1887
1888                ENDDO   !-- end of loop over ring segments
1889
1890!
1891!--             Restore the forces into arrays containing all the segments of
1892!--             each ring:
1893                thrust_ring(ring,:)   = thrust_seg(:)
1894                torque_ring_y(ring,:) = torque_seg_y(:)
1895                torque_ring_z(ring,:) = torque_seg_z(:)
1896
1897
1898             ENDDO   !-- end of loop over rings
1899
1900
1901             CALL cpu_log( log_point_s(62), 'wtm_controller', 'start' )
1902
1903             
1904             IF ( speed_control )  THEN
1905!
1906!--             Calculation of the current generator speed for rotor speed control
1907             
1908!                                     
1909!--             The acceleration of the rotor speed is calculated from
1910!--             the force balance of the accelerating torque
1911!--             and the torque of the rotating rotor and generator
1912                om_rate = ( torque_total(inot) * air_dens * gear_eff -         &
1913                            gear_ratio * torque_gen_old(inot) ) /              &
1914                          ( inertia_rot +                                      & 
1915                            gear_ratio * gear_ratio * inertia_gen ) * dt_3d
1916
1917!
1918!--             The generator speed is given by the product of gear gear_ratio
1919!--             and rotor speed
1920                omega_gen(inot) = gear_ratio * ( omega_rot(inot) + om_rate )     
1921             
1922             ENDIF
1923             
1924             IF ( pitch_control )  THEN
1925
1926!
1927!--             If the current generator speed is above rated, the pitch is not
1928!--             saturated and the change from the last time step is within the
1929!--             maximum pitch rate, then the pitch loop is repeated with a pitch
1930!--             gain
1931                IF ( (  omega_gen(inot)  > rated_genspeed   )  .AND.           &
1932                     ( pitch_add(inot) < 25.0_wp ) .AND.                       &
1933                     ( pitch_add(inot) < pitch_add_old(inot) +                 & 
1934                       pitch_rate * dt_3d  ) ) THEN
1935                   pitch_sw = .TRUE.
1936!
1937!--                Go back to beginning of pit_loop                   
1938                   CYCLE pit_loop
1939                ENDIF
1940               
1941!
1942!--             The current pitch is saved for the next time step
1943                pitch_add_old(inot) = pitch_add(inot)
1944                pitch_sw = .FALSE.
1945             ENDIF
1946             EXIT pit_loop             
1947          ENDDO pit_loop ! Recursive pitch control loop
1948
1949
1950!
1951!--          Call the rotor speed controller
1952             
1953             IF ( speed_control )  THEN
1954!
1955!--             Find processor at i_hub, j_hub             
1956                IF ( ( nxl <= i_hub(inot) )  .AND.  ( nxr >= i_hub(inot) ) )   &
1957                   THEN
1958                   IF ( ( nys <= j_hub(inot) )  .AND.  ( nyn >= j_hub(inot) ) )&
1959                      THEN
1960                      CALL wtm_speed_control( inot )
1961                   ENDIF
1962                ENDIF
1963                               
1964             ENDIF
1965
1966
1967             CALL cpu_log( log_point_s(62), 'wtm_controller', 'stop' )
1968
1969             CALL cpu_log( log_point_s(63), 'wtm_smearing', 'start' )
1970
1971
1972!--          !-----------------------------------------------------------------!
1973!--          !--                  Regularization kernel                      --!
1974!--          !-- Smearing of the forces and interpolation to cartesian grid  --!
1975!--          !-----------------------------------------------------------------!
1976!
1977!--          The aerodynamic blade forces need to be distributed smoothly on
1978!--          several mesh points in order to avoid singular behaviour
1979!
1980!--          Summation over sum of weighted forces. The weighting factor
1981!--          (calculated in user_init) includes information on the distance
1982!--          between the center of the grid cell and the rotor segment under
1983!--          consideration
1984!
1985!--          To save computing time, apply smearing only for the relevant part
1986!--          of the model domain:
1987!
1988!--
1989!--          Calculation of the boundaries:
1990             i_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) * ABS( roty(inot,1) ) +       &
1991                                        eps_min ) / dx )
1992             j_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) * ABS( roty(inot,2) ) +       &
1993                                        eps_min ) / dy )
1994
1995             DO i = MAX( nxl, i_hub(inot) - i_smear(inot) ),                   &
1996                    MIN( nxr, i_hub(inot) + i_smear(inot) )
1997                DO j = MAX( nys, j_hub(inot) - j_smear(inot) ),                &
1998                        MIN( nyn, j_hub(inot) + j_smear(inot) )
1999!                    DO k = MAX( nzb_u_inner(j,i)+1, k_hub(inot) - k_smear(inot) ), &
2000!                                 k_hub(inot) + k_smear(inot)
2001                   DO  k = nzb+1, k_hub(inot) + k_smear(inot)
2002                      DO ring = 1, nrings(inot)
2003                         DO rseg = 1, nsegs(ring,inot)
2004!
2005!--                         Predetermine flag to mask topography
2006                            flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
2007     
2008!
2009!--                         Determine the square of the distance between the
2010!--                         current grid point and each rotor area segment:
2011                            dist_u_3d = ( i * dx               - rbx(ring,rseg) )**2 + &
2012                                        ( j * dy + 0.5_wp * dy - rby(ring,rseg) )**2 + &
2013                                        ( k * dz - 0.5_wp * dz - rbz(ring,rseg) )**2
2014                            dist_v_3d = ( i * dx + 0.5_wp * dx - rbx(ring,rseg) )**2 + &
2015                                        ( j * dy               - rby(ring,rseg) )**2 + &
2016                                        ( k * dz - 0.5_wp * dz - rbz(ring,rseg) )**2
2017                            dist_w_3d = ( i * dx + 0.5_wp * dx - rbx(ring,rseg) )**2 + &
2018                                        ( j * dy + 0.5_wp * dy - rby(ring,rseg) )**2 + &
2019                                        ( k * dz               - rbz(ring,rseg) )**2
2020
2021!
2022!--                         3D-smearing of the forces with a polynomial function
2023!--                         (much faster than the old Gaussian function), using
2024!--                         some parameters that have been calculated in user_init.
2025!--                         The function is only similar to Gaussian function for
2026!--                         squared distances <= eps_min2:
2027                            IF ( dist_u_3d <= eps_min2 ) THEN
2028                               thrust(k,j,i) = thrust(k,j,i) +                     &
2029                                               thrust_ring(ring,rseg) *            &
2030                                               ( ( pol_a * dist_u_3d - pol_b ) *   & 
2031                                                dist_u_3d + 1.0_wp ) * eps_factor *&
2032                                                                       flag
2033                            ENDIF
2034                            IF ( dist_v_3d <= eps_min2 ) THEN
2035                               torque_y(k,j,i) = torque_y(k,j,i) +                    &
2036                                                 torque_ring_y(ring,rseg) *           &
2037                                                 ( ( pol_a * dist_v_3d - pol_b ) *    &
2038                                                  dist_v_3d + 1.0_wp ) * eps_factor * &
2039                                                                         flag
2040                            ENDIF
2041                            IF ( dist_w_3d <= eps_min2 ) THEN
2042                               torque_z(k,j,i) = torque_z(k,j,i) +                    &
2043                                                 torque_ring_z(ring,rseg) *           &
2044                                                 ( ( pol_a * dist_w_3d - pol_b ) *    &
2045                                                  dist_w_3d + 1.0_wp ) * eps_factor * &
2046                                                                         flag
2047                            ENDIF
2048
2049                         ENDDO  ! End of loop over rseg
2050                      ENDDO     ! End of loop over ring
2051             
2052!
2053!--                   Rotation of force components:
2054                      rot_tend_x(k,j,i) = rot_tend_x(k,j,i) + (                &
2055                                      thrust(k,j,i)*rotx(inot,1) +             &
2056                                      torque_y(k,j,i)*roty(inot,1) +           &
2057                                      torque_z(k,j,i)*rotz(inot,1)             &
2058                                                              ) * flag
2059                               
2060                      rot_tend_y(k,j,i) = rot_tend_y(k,j,i) + (                &
2061                                      thrust(k,j,i)*rotx(inot,2) +             &
2062                                      torque_y(k,j,i)*roty(inot,2) +           &
2063                                      torque_z(k,j,i)*rotz(inot,2)             &
2064                                                              ) * flag
2065                               
2066                      rot_tend_z(k,j,i) = rot_tend_z(k,j,i) + (                &
2067                                      thrust(k,j,i)*rotx(inot,3) +             &
2068                                      torque_y(k,j,i)*roty(inot,3) +           &
2069                                      torque_z(k,j,i)*rotz(inot,3)             &
2070                                                              ) * flag                   
2071
2072                   ENDDO        ! End of loop over k
2073                ENDDO           ! End of loop over j
2074             ENDDO              ! End of loop over i
2075
2076             CALL cpu_log( log_point_s(63), 'wtm_smearing', 'stop' )         
2077                   
2078          ENDDO                  !-- end of loop over turbines
2079
2080               
2081          IF ( yaw_control )  THEN
2082!
2083!--          Allocate arrays for yaw control at first call
2084!--          Can't be allocated before dt_3d is set
2085             IF ( start_up )  THEN
2086                WDLON = NINT( 30.0_wp / dt_3d )  ! 30s running mean array
2087                ALLOCATE( wd30(1:nturbines,1:WDLON) )
2088                wd30 = 999.0_wp                  ! Set to dummy value
2089                ALLOCATE( wd30_l(1:WDLON) )
2090               
2091                WDSHO = NINT( 2.0_wp / dt_3d )   ! 2s running mean array
2092                ALLOCATE( wd2(1:nturbines,1:WDSHO) )
2093                wd2 = 999.0_wp                   ! Set to dummy value
2094                ALLOCATE( wd2_l(1:WDSHO) )
2095                start_up = .FALSE.
2096             ENDIF         
2097
2098!
2099!--          Calculate the inflow wind speed
2100!--
2101!--          Loop over number of turbines:
2102             DO inot = 1, nturbines
2103!
2104!--             Find processor at i_hub, j_hub             
2105                IF ( ( nxl <= i_hub(inot) )  .AND.  ( nxr >= i_hub(inot) ) )   &
2106                   THEN
2107                   IF ( ( nys <= j_hub(inot) )  .AND.  ( nyn >= j_hub(inot) ) )&
2108                      THEN
2109
2110                      u_inflow_l(inot) = u(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot))
2111
2112                      wdir_l(inot) = -1.0_wp * ATAN2(                          &
2113                         0.5_wp * ( v(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot)+1) + &
2114                                    v(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot)) ) , &
2115                         0.5_wp * ( u(k_hub(inot),j_hub(inot)+1,i_hub(inot)) + &
2116                                    u(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot)) ) )
2117
2118                      CALL wtm_yawcontrol( inot )
2119
2120                      phi_yaw_l(inot) = phi_yaw(inot)
2121                     
2122                   ENDIF
2123                ENDIF
2124                   
2125             ENDDO                                 !-- end of loop over turbines
2126
2127!
2128!--          Transfer of information to the other cpus
2129#if defined( __parallel )         
2130             CALL MPI_ALLREDUCE( u_inflow_l, u_inflow, nturbines, MPI_REAL,    &
2131                                 MPI_SUM, comm2d, ierr )
2132             CALL MPI_ALLREDUCE( wdir_l, wdir, nturbines, MPI_REAL, MPI_SUM,   &
2133                                 comm2d, ierr )
2134             CALL MPI_ALLREDUCE( phi_yaw_l, phi_yaw, nturbines, MPI_REAL,      &
2135                                 MPI_SUM, comm2d, ierr )
2136#else
2137             u_inflow = u_inflow_l
2138             wdir     = wdir_l
2139             phi_yaw  = phi_yaw_l
2140             
2141             
2142#endif
2143             DO inot = 1, nturbines
2144!             
2145!--             Update rotor orientation               
2146                CALL wtm_rotate_rotor( inot )
2147
2148             ENDDO ! End of loop over turbines
2149                           
2150          END IF  ! end of yaw control
2151         
2152          IF ( speed_control )  THEN
2153!
2154!--          Transfer of information to the other cpus
2155!              CALL MPI_ALLREDUCE( omega_gen, omega_gen_old, nturbines,        &
2156!                                  MPI_REAL,MPI_SUM, comm2d, ierr )
2157#if defined( __parallel )   
2158             CALL MPI_ALLREDUCE( torque_gen, torque_gen_old, nturbines,        &
2159                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2160             CALL MPI_ALLREDUCE( omega_rot_l, omega_rot, nturbines,            &
2161                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2162             CALL MPI_ALLREDUCE( omega_gen_f, omega_gen_f_old, nturbines,      &
2163                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2164#else
2165             torque_gen_old  = torque_gen
2166             omega_rot       = omega_rot_l
2167             omega_gen_f_old = omega_gen_f
2168#endif
2169           
2170          ENDIF
2171
2172          DO inot = 1, nturbines
2173
2174             IF ( myid == 0 ) THEN
2175                IF ( openfile_turb_mod(400+inot)%opened )  THEN
2176                   WRITE ( 400+inot, 106 ) simulated_time, omega_rot(inot),    &
2177                             omega_gen(inot), torque_gen_old(inot),            &
2178                             torque_total(inot), pitch_add(inot),              &
2179                             torque_gen_old(inot)*omega_gen(inot)*gen_eff,     &
2180                             torque_total(inot)*omega_rot(inot)*air_dens,      &
2181                             thrust_rotor(inot),                               & 
2182                             wdir(inot)*180.0_wp/pi,                           &
2183                             (phi_yaw(inot))*180.0_wp/pi                   
2184                             
2185                ELSE
2186
2187                   WRITE ( turbine_id,'(I2.2)')  inot
2188                   OPEN ( 400+inot, FILE=( 'TURBINE_PARAMETERS'//turbine_id ), &
2189                                            FORM='FORMATTED' )
2190                   WRITE ( 400+inot, 105 ) inot
2191                   WRITE ( 400+inot, 106 ) simulated_time, omega_rot(inot),    &
2192                             omega_gen(inot), torque_gen_old(inot),            &
2193                             torque_total(inot), pitch_add(inot),              &
2194                             torque_gen_old(inot)*omega_gen(inot)*gen_eff,     &
2195                             torque_total(inot)*omega_rot(inot)*air_dens,      &
2196                             thrust_rotor(inot),                               & 
2197                             wdir(inot)*180.0_wp/pi,                           &                   
2198                             (phi_yaw(inot))*180.0_wp/pi
2199                ENDIF
2200             ENDIF
2201
2202!--          Set open flag
2203             openfile_turb_mod(400+inot)%opened = .TRUE.
2204          ENDDO                                    !-- end of loop over turbines
2205
2206       ENDIF
2207
2208       CALL cpu_log( log_point_s(61), 'wtm_forces', 'stop' )
2209       
2210!
2211!--    Formats
2212       105 FORMAT ('Turbine control data for turbine ',I2,1X,':'/ &
2213              &'----------------------------------------'/ &
2214              &'   Time   RSpeed  GSpeed  ', &
2215               'GenTorque  AeroTorque  Pitch  Power(Gen)  Power(Rot)  ',       &
2216               'RotThrust  WDirection  YawOrient')
2217
2218       106 FORMAT (F9.3,2X,F7.3,2X,F7.2,2X,F9.1,3X,F9.1,1X,F6.2,2X,F10.1,2X,   &
2219                   F10.1,1X,F9.1,2X,F7.2,1X,F7.2)
2220
2221
2222    END SUBROUTINE wtm_forces
2223
2224   
2225!------------------------------------------------------------------------------!
2226! Description:
2227! ------------
2228!> Yaw controller for the wind turbine model
2229!------------------------------------------------------------------------------!
2230    SUBROUTINE wtm_yawcontrol( inot )
2231   
2232       USE constants
2233       USE kinds
2234               
2235       IMPLICIT NONE
2236     
2237       INTEGER(iwp)             :: inot
2238       INTEGER(iwp)             :: i_wd_30
2239       REAL(wp)                 :: missal
2240
2241       i_wd_30 = 0_iwp
2242
2243
2244!--    The yaw controller computes a 30s running mean of the wind direction.
2245!--    If the difference between turbine alignment and wind direction exceeds
2246!--    5°, the turbine is yawed. The mechanism stops as soon as the 2s-running
2247!--    mean of the missalignment is smaller than 0.5°.
2248!--    Attention: If the timestep during the simulation changes significantly
2249!--    the lengths of the running means change and it does not correspond to
2250!--    30s/2s anymore.
2251!--    ! Needs to be modified for these situations !
2252!--    For wind from the east, the averaging of the wind direction could cause
2253!--    problems and the yaw controller is probably flawed. -> Routine for
2254!--    averaging needs to be improved!
2255!
2256!--    Check if turbine is not yawing
2257       IF ( .NOT. doyaw(inot) )  THEN
2258!
2259!--       Write current wind direction into array
2260          wd30_l    = wd30(inot,:)
2261          wd30_l    = CSHIFT( wd30_l, SHIFT=-1 )
2262          wd30_l(1) = wdir(inot)
2263!
2264!--       Check if array is full ( no more dummies )
2265          IF ( .NOT. ANY( wd30_l == 999.) ) THEN
2266
2267             missal = SUM( wd30_l ) / SIZE( wd30_l ) - phi_yaw(inot)
2268!
2269!--          Check if turbine is missaligned by more than max_miss
2270             IF ( ABS( missal ) > max_miss )  THEN
2271!
2272!--             Check in which direction to yaw         
2273                yawdir(inot) = SIGN( 1.0_wp, missal )
2274!
2275!--             Start yawing of turbine
2276                phi_yaw(inot) = phi_yaw(inot) + yawdir(inot) * yaw_speed * dt_3d
2277                doyaw(inot) = .TRUE.
2278                wd30_l = 999.  ! fill with dummies again
2279             ENDIF
2280          ENDIF
2281         
2282          wd30(inot,:) = wd30_l
2283
2284!     
2285!--    If turbine is already yawing:
2286!--    Initialize 2 s running mean and yaw until the missalignment is smaller
2287!--    than min_miss
2288
2289       ELSE
2290!
2291!--       Initialize 2 s running mean
2292          wd2_l = wd2(inot,:)
2293          wd2_l = CSHIFT( wd2_l, SHIFT = -1 )
2294          wd2_l(1) = wdir(inot)
2295!     
2296!--       Check if array is full ( no more dummies )
2297          IF ( .NOT. ANY( wd2_l == 999.0_wp ) ) THEN
2298!
2299!--          Calculate missalignment of turbine       
2300             missal = SUM( wd2_l - phi_yaw(inot) ) / SIZE( wd2_l )
2301!
2302!--          Check if missalignment is still larger than 0.5 degree and if the
2303!--          yaw direction is still right
2304             IF ( ( ABS( missal ) > min_miss )  .AND.                          &
2305                  ( yawdir(inot) == SIGN( 1.0_wp, missal ) ) )  THEN
2306!
2307!--             Continue yawing       
2308                phi_yaw(inot) = phi_yaw(inot) + yawdir(inot) * yaw_speed * dt_3d
2309             ELSE
2310!
2311!--             Stop yawing       
2312                doyaw(inot) = .FALSE.
2313                wd2_l = 999.0_wp ! fill with dummies again
2314             ENDIF
2315          ELSE
2316!
2317!--          Continue yawing
2318             phi_yaw(inot) = phi_yaw(inot) + yawdir(inot) * yaw_speed * dt_3d
2319          ENDIF
2320     
2321          wd2(inot,:) = wd2_l
2322           
2323       ENDIF
2324     
2325    END SUBROUTINE wtm_yawcontrol
2326
2327
2328!------------------------------------------------------------------------------!
2329! Description:
2330! ------------
2331!> Initialization of the speed control
2332!------------------------------------------------------------------------------!
2333    SUBROUTINE wtm_init_speed_control
2334
2335
2336       IMPLICIT NONE
2337
2338!
2339!--    If speed control is set, remaining variables and control_parameters for
2340!--    the control algorithm are calculated
2341!
2342!--    Calculate slope constant for region 15
2343       slope15   = ( slope2 * min_reg2 * min_reg2 ) / ( min_reg2 - min_reg15 )
2344!
2345!--    Calculate upper limit of slipage region
2346       vs_sysp   = rated_genspeed / 1.1_wp
2347!
2348!--    Calculate slope of slipage region
2349       slope25   = ( rated_power / rated_genspeed ) /                          &
2350                   ( rated_genspeed - vs_sysp )
2351!
2352!--    Calculate lower limit of slipage region
2353       min_reg25 = ( slope25 - SQRT( slope25 * ( slope25 - 4.0_wp *            &
2354                                                 slope2 * vs_sysp ) ) ) /      &
2355                   ( 2.0_wp * slope2 ) 
2356!
2357!--    Frequency for the simple low pass filter
2358       Fcorner   = 0.25_wp
2359!
2360!--    At the first timestep the torque is set to its maximum to prevent
2361!--    an overspeeding of the rotor
2362       torque_gen_old(:) = max_torque_gen 
2363     
2364    END SUBROUTINE wtm_init_speed_control
2365
2366
2367!------------------------------------------------------------------------------!
2368! Description:
2369! ------------
2370!> Simple controller for the regulation of the rotor speed
2371!------------------------------------------------------------------------------!
2372    SUBROUTINE wtm_speed_control( inot )
2373
2374
2375       IMPLICIT NONE
2376
2377       INTEGER(iwp)             :: inot
2378       
2379         
2380
2381!
2382!--    The controller is based on the fortran script from Jonkman
2383!--    et al. 2009 "Definition of a 5 MW Reference Wind Turbine for
2384!--    offshore system developement"
2385
2386!
2387!--    The generator speed is filtered by a low pass filter
2388!--    for the control of the generator torque       
2389       lp_coeff = EXP( -2.0_wp * 3.14_wp * dt_3d * Fcorner )
2390       omega_gen_f(inot) = ( 1.0_wp - lp_coeff ) * omega_gen(inot) + lp_coeff *&
2391                           omega_gen_f_old(inot)
2392
2393       IF ( omega_gen_f(inot) <= min_reg15 )  THEN
2394!                       
2395!--       Region 1: Generator torque is set to zero to accelerate the rotor:
2396          torque_gen(inot) = 0
2397       
2398       ELSEIF ( omega_gen_f(inot) <= min_reg2 )  THEN
2399!                       
2400!--       Region 1.5: Generator torque is increasing linearly with rotor speed:
2401          torque_gen(inot) = slope15 * ( omega_gen_f(inot) - min_reg15 )
2402                         
2403       ELSEIF ( omega_gen_f(inot) <= min_reg25 )  THEN
2404!
2405!--       Region 2: Generator torque is increased by the square of the generator
2406!--                 speed to keep the TSR optimal:
2407          torque_gen(inot) = slope2 * omega_gen_f(inot) * omega_gen_f(inot)
2408       
2409       ELSEIF ( omega_gen_f(inot) < rated_genspeed )  THEN
2410!                       
2411!--       Region 2.5: Slipage region between 2 and 3:
2412          torque_gen(inot) = slope25 * ( omega_gen_f(inot) - vs_sysp )
2413       
2414       ELSE
2415!                       
2416!--       Region 3: Generator torque is antiproportional to the rotor speed to
2417!--                 keep the power constant:
2418          torque_gen(inot) = rated_power / omega_gen_f(inot)
2419       
2420       ENDIF
2421!                       
2422!--    Calculate torque rate and confine with a max
2423       trq_rate = ( torque_gen(inot) - torque_gen_old(inot) ) / dt_3d
2424       trq_rate = MIN( MAX( trq_rate, -1.0_wp * max_trq_rate ), max_trq_rate )
2425!                       
2426!--    Calculate new gen torque and confine with max torque                         
2427       torque_gen(inot) = torque_gen_old(inot) + trq_rate * dt_3d
2428       torque_gen(inot) = MIN( torque_gen(inot), max_torque_gen )                                             
2429!
2430!--    Overwrite values for next timestep                       
2431       omega_rot_l(inot) = omega_gen(inot) / gear_ratio
2432
2433   
2434    END SUBROUTINE wtm_speed_control   
2435
2436
2437!------------------------------------------------------------------------------!
2438! Description:
2439! ------------
2440!> Application of the additional forces generated by the wind turbine on the
2441!> flow components (tendency terms)
2442!> Call for all grid points
2443!------------------------------------------------------------------------------!
2444    SUBROUTINE wtm_tendencies( component )
2445
2446   
2447       IMPLICIT NONE
2448
2449       INTEGER(iwp) ::  component   !< prognostic variable (u,v,w)
2450       INTEGER(iwp) ::  i           !< running index
2451       INTEGER(iwp) ::  j           !< running index
2452       INTEGER(iwp) ::  k           !< running index
2453
2454
2455       SELECT CASE ( component )
2456
2457       CASE ( 1 )
2458!
2459!--       Apply the x-component of the force to the u-component of the flow:
2460          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2461             DO  i = nxlg, nxrg
2462                DO  j = nysg, nyng
2463                   DO  k = nzb+1, k_hub(1) + k_smear(1)
2464!
2465!--                   Calculate the thrust generated by the nacelle and the tower
2466                      tend_nac_x = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *               &
2467                                         SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) )     
2468                      tend_tow_x   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *             &
2469                                         SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) ) 
2470                                                   
2471                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_x(k,j,i)        &
2472                                  - tend_nac_x - tend_tow_x )                  &
2473                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2474                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
2475                   ENDDO
2476                ENDDO
2477             ENDDO
2478          ENDIF
2479
2480       CASE ( 2 )
2481!
2482!--       Apply the y-component of the force to the v-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_nac_y = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *               &
2488                                         SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )     
2489                      tend_tow_y   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *             &
2490                                         SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )                     
2491                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_y(k,j,i)        &
2492                                  - tend_nac_y - tend_tow_y )                  &
2493                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2494                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
2495                   ENDDO
2496                ENDDO
2497             ENDDO
2498          ENDIF
2499
2500       CASE ( 3 )
2501!
2502!--       Apply the z-component of the force to the w-component of the flow:
2503          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2504             DO  i = nxlg, nxrg
2505                DO  j = nysg, nyng
2506                   DO  k = nzb+1,  k_hub(1) + k_smear(1)
2507                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - rot_tend_z(k,j,i)            &
2508                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2509                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
2510                   ENDDO
2511                ENDDO
2512             ENDDO
2513          ENDIF
2514
2515
2516       CASE DEFAULT
2517
2518          WRITE( message_string, * ) 'unknown prognostic variable: ', component
2519          CALL message( 'wtm_tendencies', 'PA04??', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
2520
2521       END SELECT
2522
2523
2524    END SUBROUTINE wtm_tendencies
2525
2526
2527!------------------------------------------------------------------------------!
2528! Description:
2529! ------------
2530!> Application of the additional forces generated by the wind turbine on the
2531!> flow components (tendency terms)
2532!> Call for grid point i,j
2533!------------------------------------------------------------------------------!
2534    SUBROUTINE wtm_tendencies_ij( i, j, component )
2535
2536
2537       IMPLICIT NONE
2538
2539       INTEGER(iwp) ::  component   !< prognostic variable (u,v,w)
2540       INTEGER(iwp) ::  i           !< running index
2541       INTEGER(iwp) ::  j           !< running index
2542       INTEGER(iwp) ::  k           !< running index
2543
2544       SELECT CASE ( component )
2545
2546       CASE ( 1 )
2547!
2548!--       Apply the x-component of the force to the u-component of the flow:
2549          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2550
2551             DO  k = nzb+1,  k_hub(1) + k_smear(1)
2552!
2553!--             Calculate the thrust generated by the nacelle and the tower
2554                tend_nac_x = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *                     &
2555                                   SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) )     
2556                tend_tow_x   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *                   &
2557                                   SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) ) 
2558                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_x(k,j,i)              &
2559                            - tend_nac_x - tend_tow_x )                        &
2560                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2561                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
2562             ENDDO
2563          ENDIF
2564
2565       CASE ( 2 )
2566!
2567!--       Apply the y-component of the force to the v-component of the flow:
2568          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2569             DO  k = nzb+1,  k_hub(1) + k_smear(1)
2570                tend_nac_y = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *                     &
2571                                   SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )     
2572                tend_tow_y   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *                   &
2573                                   SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )                     
2574                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_y(k,j,i)              &
2575                            - tend_nac_y - tend_tow_y )                        &
2576                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2577                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
2578             ENDDO
2579          ENDIF
2580
2581       CASE ( 3 )
2582!
2583!--       Apply the z-component of the force to the w-component of the flow:
2584          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2585             DO  k = nzb+1,  k_hub(1) + k_smear(1)
2586                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - rot_tend_z(k,j,i)                  &
2587                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2588                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
2589             ENDDO
2590          ENDIF
2591
2592
2593       CASE DEFAULT
2594
2595          WRITE( message_string, * ) 'unknown prognostic variable: ', component
2596          CALL message( 'wtm_tendencies', 'PA04??', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
2597
2598       END SELECT
2599
2600
2601    END SUBROUTINE wtm_tendencies_ij
2602
2603 END MODULE wind_turbine_model_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.