source: palm/trunk/SOURCE/wind_turbine_model_mod.f90 @ 2553

Last change on this file since 2553 was 2553, checked in by Giersch, 4 years ago

Changed programming style and bugfixes

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 110.1 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 2553 2017-10-18 08:03:45Z Giersch $
28! Bugfix of vertical loop in wtm_tendencies to account for different turbine
29! heights, bugfix of the interpolation of the u-component concerning the
30! vertical index and further small adjustments of the programming style
31!
32! 2410 2017-09-06 08:16:30Z Giersch
33! Revise error message PA0462
34!
35! 2349 2017-08-10 15:44:04Z Giersch
36! Add parameter pitch_rate to namelist and revise/add error messages
37!
38! 2343 2017-08-08 11:28:43Z Giersch
39! Unit correction in Doxygen comments
40!
41! 2323 2017-07-26 12:57:38Z Giersch
42! Change unit number of file WTM_DATA from 201 to 90
43
44! 2322 2017-07-26 08:30:28Z Giersch
45! Bugfix of error message and assign error numbers
46!
47! 2257 2017-06-07 14:07:05Z witha
48! Bugfix: turb_cl_tab and turb_cd_tab were set to zero before being allocated
49!
50! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
51!
52! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
53! Adjustments to new topography concept
54!
55! 2152 2017-02-17 13:27:24Z lvollmer
56! Bugfix in subroutine wtm_read_blade_tables
57! Addition of a tip loss model
58!
59! 2015 2016-09-28 08:45:18Z lvollmer
60! Bugfix of pitch control
61!
62! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
63! Forced header and separation lines into 80 columns
64!
65! 1929 2016-06-09 16:25:25Z suehring
66! Bugfix: added preprocessor directives for parallel and serial mode
67!
68! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
69! Initial revision
70!
71!
72! Description:
73! ------------
74!> This module calculates the effect of wind turbines on the flow fields. The
75!> initial version contains only the advanced actuator disk with rotation method
76!> (ADM-R).
77!> The wind turbines include the tower effect, can be yawed and tilted.
78!> The wind turbine model includes controllers for rotational speed, pitch and
79!> yaw.
80!> Currently some specifications of the NREL 5 MW reference turbine
81!> are hardcoded whereas most input data comes from separate files (currently
82!> external, planned to be included as namelist which will be read in
83!> automatically).
84!>
85!> @todo Revise code according to PALM Coding Standard
86!> @todo Implement ADM and ALM turbine models
87!> @todo Generate header information
88!> @todo Implement further parameter checks and error messages
89!> @todo Revise and add code documentation
90!> @todo Output turbine parameters as timeseries
91!> @todo Include additional output variables
92!> @todo Revise smearing the forces for turbines in yaw
93!> @todo Revise nacelle and tower parameterization
94!> @todo Allow different turbine types in one simulation
95!
96!------------------------------------------------------------------------------!
97 MODULE wind_turbine_model_mod
98
99    USE arrays_3d,                                                             &
100        ONLY:  tend, u, v, w, zu, zw
101
102    USE constants,                                                             &
103        ONLY:  pi
104
105    USE control_parameters,                                                    &
106        ONLY:  dt_3d, dz, message_string, simulated_time
107
108    USE cpulog,                                                                &
109        ONLY:  cpu_log, log_point_s
110
111    USE grid_variables,                                                        &
112        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
113
114    USE indices,                                                               &
115        ONLY:  nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr, nxrg, ny, nyn, nyng, nys, nysg, nz,   &
116               nzb, nzt, wall_flags_0
117
118    USE kinds
119
120    USE pegrid
121
122
123    IMPLICIT NONE
124
125    PRIVATE
126
127    LOGICAL ::  wind_turbine=.FALSE.   !< switch for use of wind turbine model
128
129!
130!-- Variables specified in the namelist wind_turbine_par
131
132    INTEGER(iwp) ::  nairfoils = 8   !< number of airfoils of the used turbine model (for ADM-R and ALM)
133    INTEGER(iwp) ::  nturbines = 1   !< number of turbines
134
135    LOGICAL ::  pitch_control = .FALSE.   !< switch for use of pitch controller
136    LOGICAL ::  speed_control = .FALSE.   !< switch for use of speed controller
137    LOGICAL ::  yaw_control   = .FALSE.   !< switch for use of yaw controller
138    LOGICAL ::  tl_cor        = .FALSE.    !< switch for use of tip loss correct.
139
140    REAL(wp) ::  segment_length  = 1.0_wp          !< length of the segments, the rotor area is divided into
141                                                   !< (in tangential direction, as factor of MIN(dx,dy,dz))
142    REAL(wp) ::  segment_width   = 0.5_wp          !< width of the segments, the rotor area is divided into
143                                                   !< (in radial direction, as factor of MIN(dx,dy,dz))
144    REAL(wp) ::  time_turbine_on = 0.0_wp          !< time at which turbines are started
145    REAL(wp) ::  tilt            = 0.0_wp          !< vertical tilt of the rotor [degree] ( positive = backwards )
146
147    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  dtow             = 0.0_wp  !< tower diameter [m]
148    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  omega_rot        = 0.9_wp  !< inital or constant rotor speed [rad/s]
149    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  phi_yaw          = 0.0_wp  !< yaw angle [degree] ( clockwise, 0 = facing west )
150    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  pitch_add        = 0.0_wp  !< constant pitch angle
151    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rcx        = 9999999.9_wp  !< position of hub in x-direction
152    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rcy        = 9999999.9_wp  !< position of hub in y-direction
153    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rcz        = 9999999.9_wp  !< position of hub in z-direction
154    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rnac             = 0.0_wp  !< nacelle diameter [m]
155    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  rr              = 63.0_wp  !< rotor radius [m]
156    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  turb_cd_nacelle = 0.85_wp  !< drag coefficient for nacelle
157    REAL(wp), DIMENSION(1:100) ::  turb_cd_tower    = 1.2_wp  !< drag coefficient for tower
158
159!
160!-- Variables specified in the namelist for speed controller
161!-- Default values are from the NREL 5MW research turbine (Jonkman, 2008)
162
163    REAL(wp) ::  rated_power    = 5296610.0_wp    !< rated turbine power [W]
164    REAL(wp) ::  gear_ratio     = 97.0_wp         !< Gear ratio from rotor to generator
165    REAL(wp) ::  inertia_rot    = 34784179.0_wp   !< Inertia of the rotor [kg*m2]
166    REAL(wp) ::  inertia_gen    = 534.116_wp      !< Inertia of the generator [kg*m2]
167    REAL(wp) ::  gen_eff        = 0.944_wp        !< Electric efficiency of the generator
168    REAL(wp) ::  gear_eff       = 1.0_wp          !< Loss between rotor and generator
169    REAL(wp) ::  air_dens       = 1.225_wp        !< Air density to convert to W [kg/m3]
170    REAL(wp) ::  rated_genspeed = 121.6805_wp     !< Rated generator speed [rad/s]
171    REAL(wp) ::  max_torque_gen = 47402.91_wp     !< Maximum of the generator torque [Nm]
172    REAL(wp) ::  slope2         = 2.332287_wp     !< Slope constant for region 2
173    REAL(wp) ::  min_reg2       = 91.21091_wp     !< Lower generator speed boundary of region 2 [rad/s]
174    REAL(wp) ::  min_reg15      = 70.16224_wp     !< Lower generator speed boundary of region 1.5 [rad/s]
175    REAL(wp) ::  max_trq_rate   = 15000.0_wp      !< Max generator torque increase [Nm/s]
176    REAL(wp) ::  pitch_rate     = 8.0_wp          !< Max pitch rate [degree/s]
177
178
179!
180!-- Variables specified in the namelist for yaw control
181
182    REAL(wp) ::  yaw_speed = 0.005236_wp   !< speed of the yaw actuator [rad/s]
183    REAL(wp) ::  max_miss = 0.08726_wp     !< maximum tolerated yaw missalignment [rad]
184    REAL(wp) ::  min_miss = 0.008726_wp    !< minimum yaw missalignment for which the actuator stops [rad]
185
186!
187!-- Set flag for output files TURBINE_PARAMETERS
188    TYPE file_status
189       LOGICAL ::  opened, opened_before
190    END TYPE file_status
191   
192    TYPE(file_status), DIMENSION(500) :: openfile_turb_mod =                   &
193                                         file_status(.FALSE.,.FALSE.)
194
195!
196!-- Variables for initialization of the turbine model
197
198    INTEGER(iwp) ::  inot         !< turbine loop index (turbine id)
199    INTEGER(iwp) ::  nsegs_max    !< maximum number of segments (all turbines, required for allocation of arrays)
200    INTEGER(iwp) ::  nrings_max   !< maximum number of rings (all turbines, required for allocation of arrays)
201    INTEGER(iwp) ::  ring         !< ring loop index (ring number)
202    INTEGER(iwp) ::  rr_int       !<
203    INTEGER(iwp) ::  upper_end    !<
204
205    INTEGER(iwp), DIMENSION(1) ::  lct   !<
206
207    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  i_hub     !< index belonging to x-position of the turbine
208    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  i_smear   !< index defining the area for the smearing of the forces (x-direction)
209    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  j_hub     !< index belonging to y-position of the turbine
210    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  j_smear   !< index defining the area for the smearing of the forces (y-direction)
211    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k_hub     !< index belonging to hub height
212    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k_smear   !< index defining the area for the smearing of the forces (z-direction)
213    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nrings    !< number of rings per turbine
214    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nsegs_total !< total number of segments per turbine
215
216    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  nsegs   !< number of segments per ring and turbine
217
218!
219!-  parameters for the smearing from the rotor to the cartesian grid   
220    REAL(wp) ::  pol_a            !< parameter for the polynomial smearing fct
221    REAL(wp) ::  pol_b            !< parameter for the polynomial smearing fct
222    REAL(wp) ::  delta_t_factor   !<
223    REAL(wp) ::  eps_factor       !< 
224    REAL(wp) ::  eps_min          !<
225    REAL(wp) ::  eps_min2         !<
226    REAL(wp) ::  sqrt_arg         !<
227
228!
229!-- Variables for the calculation of lift and drag coefficients
230    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  ard     !<
231    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  crd     !<
232    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  delta_r !< radial segment length
233    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  lrd     !<
234   
235    REAL(wp) ::  accu_cl_cd_tab = 0.1_wp  !< Accuracy of the interpolation of
236                                          !< the lift and drag coeff [deg]
237
238    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: turb_cd_tab   !< table of the blade drag coefficient
239    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: turb_cl_tab   !< table of the blade lift coefficient
240
241    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  nac_cd_surf  !< 3d field of the tower drag coefficient
242    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  tow_cd_surf  !< 3d field of the nacelle drag coefficient
243
244!
245!-- Variables for the calculation of the forces
246     
247    REAL(wp) ::  cur_r                       !<
248    REAL(wp) ::  phi_rotor                   !<
249    REAL(wp) ::  pre_factor                  !< 
250    REAL(wp) ::  torque_seg                  !<
251    REAL(wp) ::  u_int_l                     !<
252    REAL(wp) ::  u_int_u                     !<
253    REAL(wp) ::  u_rot                       !<
254    REAL(wp) ::  v_int_l                     !<
255    REAL(wp) ::  v_int_u                     !<
256    REAL(wp) ::  w_int_l                     !<
257    REAL(wp) ::  w_int_u                     !<
258!
259!-  Tendencies from the nacelle and tower thrust
260    REAL(wp) ::  tend_nac_x = 0.0_wp  !<
261    REAL(wp) ::  tend_tow_x = 0.0_wp  !<
262    REAL(wp) ::  tend_nac_y = 0.0_wp  !<
263    REAL(wp) ::  tend_tow_y = 0.0_wp  !<
264
265    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  alpha_attack !<
266    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  chord        !<
267    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  omega_gen    !< curr. generator speed
268    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  phi_rel      !<
269    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  pitch_add_old!<
270    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  torque_total !<
271    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  thrust_rotor !<
272    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  turb_cl      !<
273    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  turb_cd      !<
274    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vrel         !<
275    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vtheta       !<
276
277    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  rbx, rby, rbz     !< coordinates of the blade elements
278    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  rotx, roty, rotz  !< normal vectors to the rotor coordinates
279
280!
281!-  Fields for the interpolation of velocities on the rotor grid
282    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  u_int       !<
283    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  u_int_1_l   !<
284    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  v_int       !<
285    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  v_int_1_l   !<
286    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  w_int       !<
287    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  w_int_1_l   !<
288   
289!
290!-  rotor tendencies on the segments
291    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: thrust_seg   !<
292    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_seg_y !<
293    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_seg_z !<   
294
295!
296!-  rotor tendencies on the rings
297    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  thrust_ring       !<
298    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  torque_ring_y     !<
299    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  torque_ring_z     !<
300   
301!
302!-  rotor tendencies on rotor grids for all turbines
303    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  thrust      !<
304    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  torque_y    !<
305    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  torque_z    !<
306
307!
308!-  rotor tendencies on coordinate grid
309    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rot_tend_x  !<
310    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rot_tend_y  !<
311    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rot_tend_z  !<
312!   
313!-  variables for the rotation of the rotor coordinates       
314    REAL(wp), DIMENSION(1:100,1:3,1:3) ::  rot_coord_trans  !< matrix for rotation of rotor coordinates
315   
316    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rot_eigen_rad   !<
317    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rot_eigen_azi   !<
318    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rot_eigen_nor   !<
319    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  re              !<
320    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rea             !<
321    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  ren             !<
322    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rote            !<
323    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rota            !<
324    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  rotn            !<
325
326!
327!-- Fixed variables for the speed controller
328
329    LOGICAL  ::  start_up = .TRUE.   !<
330   
331    REAL(wp) ::  Fcorner             !< corner freq for the controller low pass filter
332    REAL(wp) ::  min_reg25           !< min region 2.5
333    REAL(wp) ::  om_rate             !< rotor speed change
334    REAL(wp) ::  slope15             !< slope in region 1.5
335    REAL(wp) ::  slope25             !< slope in region 2.5
336    REAL(wp) ::  trq_rate            !< torque change
337    REAL(wp) ::  vs_sysp             !<
338    REAL(wp) ::  lp_coeff            !< coeff for the controller low pass filter
339   
340    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: omega_gen_old   !< last gen. speed
341    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: omega_gen_f     !< filtered gen. sp
342    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: omega_gen_f_old !< last filt. gen. sp
343    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_gen      !< generator torque
344    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: torque_gen_old  !< last gen. torque
345
346    REAL(wp), DIMENSION(100) :: omega_rot_l = 0.0_wp !< local rot speed [rad/s]
347!
348!-- Fixed variables for the yaw controller
349
350    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  yawdir           !< direction to yaw
351    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  phi_yaw_l        !< local (cpu) yaw angle
352    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wd30_l           !< local (cpu) long running avg of the wd
353    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wd2_l            !< local (cpu) short running avg of the wd
354    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wdir             !< wind direction at hub
355    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  u_inflow         !< wind speed at hub
356    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  wdir_l           !<
357    REAL(wp), DIMENSION(:)  , ALLOCATABLE ::  u_inflow_l       !<
358    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wd30             !<
359    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wd2              !<
360    LOGICAL,  DIMENSION(1:100)            ::  doyaw = .FALSE.  !<
361    INTEGER(iwp)                          ::  WDLON            !<
362    INTEGER(iwp)                          ::  WDSHO            !<
363
364
365    SAVE
366
367
368    INTERFACE wtm_parin
369       MODULE PROCEDURE wtm_parin
370    END INTERFACE wtm_parin
371   
372    INTERFACE wtm_check_parameters
373       MODULE PROCEDURE wtm_check_parameters
374    END INTERFACE wtm_check_parameters
375       
376    INTERFACE wtm_init_arrays
377       MODULE PROCEDURE wtm_init_arrays
378    END INTERFACE wtm_init_arrays
379
380    INTERFACE wtm_init
381       MODULE PROCEDURE wtm_init
382    END INTERFACE wtm_init
383   
384    INTERFACE wtm_read_blade_tables
385       MODULE PROCEDURE wtm_read_blade_tables
386    END INTERFACE wtm_read_blade_tables
387           
388    INTERFACE wtm_forces
389       MODULE PROCEDURE wtm_forces
390    END INTERFACE wtm_forces
391
392    INTERFACE wtm_yawcontrol
393       MODULE PROCEDURE wtm_yawcontrol
394    END INTERFACE wtm_yawcontrol
395   
396    INTERFACE wtm_rotate_rotor
397       MODULE PROCEDURE wtm_rotate_rotor
398    END INTERFACE wtm_rotate_rotor
399   
400    INTERFACE wtm_speed_control
401       MODULE PROCEDURE wtm_init_speed_control
402       MODULE PROCEDURE wtm_speed_control
403    END INTERFACE wtm_speed_control
404
405    INTERFACE wtm_tendencies
406       MODULE PROCEDURE wtm_tendencies
407       MODULE PROCEDURE wtm_tendencies_ij
408    END INTERFACE wtm_tendencies
409   
410   
411    PUBLIC wtm_check_parameters, wtm_forces, wtm_init, wtm_init_arrays,        &
412           wtm_parin, wtm_tendencies, wind_turbine
413
414 CONTAINS
415
416
417!------------------------------------------------------------------------------!
418! Description:
419! ------------
420!> Parin for &wind_turbine_par for wind turbine model
421!------------------------------------------------------------------------------!
422    SUBROUTINE wtm_parin
423
424
425       IMPLICIT NONE
426       
427       INTEGER(iwp) ::  ierrn       !<
428
429       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current line of the parameter file
430
431       NAMELIST /wind_turbine_par/   air_dens, dtow, gear_eff, gear_ratio,     &
432                                  gen_eff, inertia_gen, inertia_rot, max_miss, &
433                                  max_torque_gen, max_trq_rate, min_miss,      &
434                                  min_reg15, min_reg2, nairfoils, nturbines,   &
435                                  omega_rot, phi_yaw, pitch_add, pitch_control,&
436                                  rated_genspeed, rated_power, rcx, rcy, rcz,  &
437                                  rnac, rr, segment_length, segment_width,     &
438                                  slope2, speed_control, tilt, time_turbine_on,&
439                                  turb_cd_nacelle, turb_cd_tower, pitch_rate,  &
440                                  yaw_control, yaw_speed, tl_cor
441
442!
443!--    Try to find wind turbine model package
444       REWIND ( 11 )
445       line = ' '
446       DO  WHILE ( INDEX( line, '&wind_turbine_par' ) == 0 )
447          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
448       ENDDO
449       BACKSPACE ( 11 )
450
451!
452!--    Read user-defined namelist
453       READ ( 11, wind_turbine_par, IOSTAT=ierrn )
454
455       IF ( ierrn < 0 )  THEN
456          message_string = 'no wind_turbine_par-NAMELIST found: '  //          &
457                           'End of file has reached'
458          CALL message( 'wtm_parin', 'PA0460', 1, 2, 0, 6, 0 )
459       ELSEIF ( ierrn > 0 ) THEN
460          message_string = 'errors in wind_turbine_par-NAMELIST: '  //          &
461                           'some variables for steering may not be properly set'
462          CALL message( 'wtm_parin', 'PA0466', 1, 2, 0, 6, 0 )               
463       ENDIF
464       
465!
466!--    Set flag that indicates that the wind turbine model is switched on
467       wind_turbine = .TRUE.
468
469 10    CONTINUE   ! TBD Change from continue, mit ierrn machen
470
471
472    END SUBROUTINE wtm_parin
473
474    SUBROUTINE wtm_check_parameters
475
476   
477       IMPLICIT NONE
478   
479       IF ( ( .NOT.speed_control ) .AND. pitch_control )  THEN
480          message_string = 'pitch_control = .TRUE. requires '//                &
481                           'speed_control = .TRUE.'
482          CALL message( 'wtm_check_parameters', 'PA0461', 1, 2, 0, 6, 0 )
483       ENDIF
484       
485       IF ( ANY( omega_rot(1:nturbines) < 0.0 ) )  THEN
486          message_string = 'omega_rot < 0.0, Please set omega_rot to '     // &
487                           'a value larger than or equal to zero'
488          CALL message( 'wtm_check_parameters', 'PA0462', 1, 2, 0, 6, 0 )
489       ENDIF
490       
491       
492       IF ( ANY( rcx(1:nturbines) == 9999999.9_wp ) .OR.                       &
493            ANY( rcy(1:nturbines) == 9999999.9_wp ) .OR.                       &
494            ANY( rcz(1:nturbines) == 9999999.9_wp ) )  THEN
495         
496          message_string = 'rcx, rcy, rcz '                                 // &
497                           'have to be given for each turbine.'         
498          CALL message( 'wtm_check_parameters', 'PA0463', 1, 2, 0, 6, 0 )         
499         
500       ENDIF
501
502 
503    END SUBROUTINE wtm_check_parameters
504   
505                                       
506!------------------------------------------------------------------------------!
507! Description:
508! ------------
509!> Allocate wind turbine model arrays
510!------------------------------------------------------------------------------!
511    SUBROUTINE wtm_init_arrays
512
513
514       IMPLICIT NONE
515
516       REAL(wp) ::  delta_r_factor   !<
517       REAL(wp) ::  delta_r_init     !<
518
519!
520!--    To be able to allocate arrays with dimension of rotor rings and segments,
521!--    the maximum possible numbers of rings and segments have to be calculated:
522
523       ALLOCATE( nrings(1:nturbines) )
524       ALLOCATE( delta_r(1:nturbines) )
525
526       nrings(:)  = 0
527       delta_r(:) = 0.0_wp
528
529!
530!--    Thickness (radial) of each ring and length (tangential) of each segment:
531       delta_r_factor = segment_width
532       delta_t_factor = segment_length
533       delta_r_init   = delta_r_factor * MIN( dx, dy, dz)
534
535       DO inot = 1, nturbines
536!
537!--       Determine number of rings:
538          nrings(inot) = NINT( rr(inot) / delta_r_init )
539
540          delta_r(inot) = rr(inot) / nrings(inot)
541
542       ENDDO
543
544       nrings_max = MAXVAL(nrings)
545
546       ALLOCATE( nsegs(1:nrings_max,1:nturbines) )
547       ALLOCATE( nsegs_total(1:nturbines) )
548
549       nsegs(:,:)     = 0
550       nsegs_total(:) = 0
551
552
553       DO inot = 1, nturbines
554          DO ring = 1, nrings(inot)
555!
556!--          Determine number of segments for each ring:
557             nsegs(ring,inot) = MAX( 8, CEILING( delta_r_factor * pi *         &
558                                                 ( 2.0_wp * ring - 1.0_wp ) /  &
559                                                 delta_t_factor ) )
560          ENDDO
561!
562!--       Total sum of all rotor segments:
563          nsegs_total(inot) = SUM( nsegs(:,inot) )
564
565       ENDDO
566
567!
568!--    Maximum number of segments per ring:
569       nsegs_max = MAXVAL(nsegs)
570
571!!
572!!--    TODO: Folgendes im Header ausgeben!
573!       IF ( myid == 0 )  THEN
574!          PRINT*, 'nrings(1) = ', nrings(1)
575!          PRINT*, '--------------------------------------------------'
576!          PRINT*, 'nsegs(:,1) = ', nsegs(:,1)
577!          PRINT*, '--------------------------------------------------'
578!          PRINT*, 'nrings_max = ', nrings_max
579!          PRINT*, 'nsegs_max = ', nsegs_max
580!          PRINT*, 'nsegs_total(1) = ', nsegs_total(1)
581!       ENDIF
582
583
584!
585!--    Allocate 1D arrays (dimension = number of turbines)
586       ALLOCATE( i_hub(1:nturbines) )
587       ALLOCATE( i_smear(1:nturbines) )
588       ALLOCATE( j_hub(1:nturbines) )
589       ALLOCATE( j_smear(1:nturbines) )
590       ALLOCATE( k_hub(1:nturbines) )
591       ALLOCATE( k_smear(1:nturbines) )
592       ALLOCATE( torque_total(1:nturbines) )
593       ALLOCATE( thrust_rotor(1:nturbines) )
594
595!
596!--    Allocation of the 1D arrays for speed pitch_control
597       ALLOCATE( omega_gen(1:nturbines) )
598       ALLOCATE( omega_gen_old(1:nturbines) )
599       ALLOCATE( omega_gen_f(1:nturbines) )
600       ALLOCATE( omega_gen_f_old(1:nturbines) )
601       ALLOCATE( pitch_add_old(1:nturbines) )
602       ALLOCATE( torque_gen(1:nturbines) )
603       ALLOCATE( torque_gen_old(1:nturbines) )
604
605!
606!--    Allocation of the 1D arrays for yaw control
607       ALLOCATE( yawdir(1:nturbines) )
608       ALLOCATE( u_inflow(1:nturbines) )
609       ALLOCATE( wdir(1:nturbines) )
610       ALLOCATE( u_inflow_l(1:nturbines) )
611       ALLOCATE( wdir_l(1:nturbines) )
612       ALLOCATE( phi_yaw_l(1:nturbines) )
613       
614!
615!--    Allocate 1D arrays (dimension = number of rotor segments)
616       ALLOCATE( alpha_attack(1:nsegs_max) )
617       ALLOCATE( chord(1:nsegs_max) )
618       ALLOCATE( phi_rel(1:nsegs_max) )
619       ALLOCATE( thrust_seg(1:nsegs_max) )
620       ALLOCATE( torque_seg_y(1:nsegs_max) )
621       ALLOCATE( torque_seg_z(1:nsegs_max) )
622       ALLOCATE( turb_cd(1:nsegs_max) )
623       ALLOCATE( turb_cl(1:nsegs_max) )
624       ALLOCATE( vrel(1:nsegs_max) )
625       ALLOCATE( vtheta(1:nsegs_max) )
626
627!
628!--    Allocate 2D arrays (dimension = number of rotor rings and segments)
629       ALLOCATE( rbx(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
630       ALLOCATE( rby(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
631       ALLOCATE( rbz(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
632       ALLOCATE( thrust_ring(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
633       ALLOCATE( torque_ring_y(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
634       ALLOCATE( torque_ring_z(1:nrings_max,1:nsegs_max) )
635
636!
637!--    Allocate additional 2D arrays
638       ALLOCATE( rotx(1:nturbines,1:3) )
639       ALLOCATE( roty(1:nturbines,1:3) )
640       ALLOCATE( rotz(1:nturbines,1:3) )
641
642!
643!--    Allocate 3D arrays (dimension = number of grid points)
644       ALLOCATE( nac_cd_surf(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
645       ALLOCATE( rot_tend_x(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
646       ALLOCATE( rot_tend_y(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
647       ALLOCATE( rot_tend_z(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
648       ALLOCATE( thrust(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
649       ALLOCATE( torque_y(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
650       ALLOCATE( torque_z(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
651       ALLOCATE( tow_cd_surf(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
652
653!
654!--    Allocate additional 3D arrays
655       ALLOCATE( u_int(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
656       ALLOCATE( u_int_1_l(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
657       ALLOCATE( v_int(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
658       ALLOCATE( v_int_1_l(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
659       ALLOCATE( w_int(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
660       ALLOCATE( w_int_1_l(1:nturbines,1:nrings_max,1:nsegs_max) )
661
662!
663!--    All of the arrays are initialized with a value of zero:
664       i_hub(:)                 = 0
665       i_smear(:)               = 0
666       j_hub(:)                 = 0
667       j_smear(:)               = 0
668       k_hub(:)                 = 0
669       k_smear(:)               = 0
670       
671       torque_total(:)          = 0.0_wp
672       thrust_rotor(:)          = 0.0_wp
673
674       omega_gen(:)             = 0.0_wp
675       omega_gen_old(:)         = 0.0_wp
676       omega_gen_f(:)           = 0.0_wp
677       omega_gen_f_old(:)       = 0.0_wp
678       pitch_add_old(:)         = 0.0_wp
679       torque_gen(:)            = 0.0_wp
680       torque_gen_old(:)        = 0.0_wp
681       
682       yawdir(:)                = 0.0_wp
683       wdir(:)                  = 0.0_wp
684       u_inflow(:)              = 0.0_wp
685
686!
687!--    Allocate 1D arrays (dimension = number of rotor segments)
688       alpha_attack(:)          = 0.0_wp
689       chord(:)                 = 0.0_wp
690       phi_rel(:)               = 0.0_wp
691       thrust_seg(:)            = 0.0_wp
692       torque_seg_y(:)          = 0.0_wp
693       torque_seg_z(:)          = 0.0_wp
694       turb_cd(:)               = 0.0_wp
695       turb_cl(:)               = 0.0_wp
696       vrel(:)                  = 0.0_wp
697       vtheta(:)                = 0.0_wp
698
699       rbx(:,:)                 = 0.0_wp
700       rby(:,:)                 = 0.0_wp
701       rbz(:,:)                 = 0.0_wp
702       thrust_ring(:,:)         = 0.0_wp
703       torque_ring_y(:,:)       = 0.0_wp
704       torque_ring_z(:,:)       = 0.0_wp
705
706       rotx(:,:)                = 0.0_wp
707       roty(:,:)                = 0.0_wp
708       rotz(:,:)                = 0.0_wp
709
710       nac_cd_surf(:,:,:)       = 0.0_wp
711       rot_tend_x(:,:,:)        = 0.0_wp
712       rot_tend_y(:,:,:)        = 0.0_wp
713       rot_tend_z(:,:,:)        = 0.0_wp
714       thrust(:,:,:)            = 0.0_wp
715       torque_y(:,:,:)          = 0.0_wp
716       torque_z(:,:,:)          = 0.0_wp
717       tow_cd_surf(:,:,:)       = 0.0_wp
718
719       u_int(:,:,:)             = 0.0_wp
720       u_int_1_l(:,:,:)         = 0.0_wp
721       v_int(:,:,:)             = 0.0_wp
722       v_int_1_l(:,:,:)         = 0.0_wp
723       w_int(:,:,:)             = 0.0_wp
724       w_int_1_l(:,:,:)         = 0.0_wp
725
726
727    END SUBROUTINE wtm_init_arrays
728
729
730!------------------------------------------------------------------------------!
731! Description:
732! ------------
733!> Initialization of the wind turbine model
734!------------------------------------------------------------------------------!
735    SUBROUTINE wtm_init
736
737   
738       IMPLICIT NONE
739
740       INTEGER(iwp) ::  i  !< running index
741       INTEGER(iwp) ::  j  !< running index
742       INTEGER(iwp) ::  k  !< running index
743       
744!
745!--    Help variables for the smearing function       
746       REAL(wp) ::  eps_kernel       !<       
747       
748!
749!--    Help variables for calculation of the tower drag       
750       INTEGER(iwp) ::  tower_n      !<
751       INTEGER(iwp) ::  tower_s      !<
752!
753!--    Help variables for the calulaction of the nacelle drag
754       INTEGER(iwp) ::  i_ip         !<
755       INTEGER(iwp) ::  i_ipg        !<
756       
757       REAL(wp) ::  yvalue               
758       REAL(wp) ::  dy_int           !<
759       REAL(wp) ::  dz_int           !<
760       
761       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: circle_points  !<
762             
763       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nacb       !<
764       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nacl       !<
765       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nacr       !<
766       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: index_nact       !<
767       
768       ALLOCATE( index_nacb(1:nturbines) )
769       ALLOCATE( index_nacl(1:nturbines) )
770       ALLOCATE( index_nacr(1:nturbines) )
771       ALLOCATE( index_nact(1:nturbines) )
772
773
774       IF ( speed_control)  THEN
775       
776          CALL wtm_speed_control
777
778       ENDIF
779
780!
781!------------------------------------------------------------------------------!
782!--    Calculation of parameters for the regularization kernel
783!--    (smearing of the forces)
784!------------------------------------------------------------------------------!
785!
786!--    In the following, some of the required parameters for the smearing will
787!--    be calculated:
788
789!--    The kernel is set equal to twice the grid spacing which has turned out to
790!--    be a reasonable value (see e.g. Troldborg et al. (2013), Wind Energy,
791!--    DOI: 10.1002/we.1608):
792       eps_kernel = 2.0_wp * dx
793!
794!--    The zero point (eps_min) of the polynomial function must be the following
795!--    if the integral of the polynomial function (for values < eps_min) shall
796!--    be equal to the integral of the Gaussian function used before:
797       eps_min = ( 105.0_wp / 32.0_wp )**( 1.0_wp / 3.0_wp ) *                 &
798                 pi**( 1.0_wp / 6.0_wp ) * eps_kernel
799!
800!--    Square of eps_min:
801       eps_min2 = eps_min**2
802!
803!--    Parameters in the polynomial function:
804       pol_a = 1.0_wp / eps_min**4
805       pol_b = 2.0_wp / eps_min**2
806!
807!--    Normalization factor which is the inverse of the integral of the smearing
808!--    function:
809       eps_factor = 105.0_wp / ( 32.0_wp * pi * eps_min**3 )
810       
811!--    Change tilt angle to rad:
812       tilt = tilt * pi / 180.0_wp
813     
814!
815!--    Change yaw angle to rad:
816       phi_yaw(:) = phi_yaw(:) * pi / 180.0_wp
817
818
819       DO inot = 1, nturbines
820!
821!--       Rotate the rotor coordinates in case yaw and tilt are defined
822          CALL wtm_rotate_rotor( inot )
823         
824!
825!--       Determine the indices of the hub height
826          i_hub(inot) = INT(   rcx(inot)                 / dx )
827          j_hub(inot) = INT( ( rcy(inot) + 0.5_wp * dy ) / dy )
828          k_hub(inot) = INT( ( rcz(inot) + 0.5_wp * dz ) / dz )
829
830!
831!--       Determining the area to which the smearing of the forces is applied.
832!--       As smearing now is effectively applied only for distances smaller than
833!--       eps_min, the smearing area can be further limited and regarded as a
834!--       function of eps_min:
835          i_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) + eps_min ) / dx )
836          j_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) + eps_min ) / dy )
837          k_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) + eps_min ) / dz )
838       
839       ENDDO
840
841!
842!------------------------------------------------------------------------------!
843!--    Determine the area within each grid cell that overlaps with the area
844!--    of the nacelle and the tower (needed for calculation of the forces)
845!------------------------------------------------------------------------------!
846!
847!--    Note: so far this is only a 2D version, in that the mean flow is
848!--    perpendicular to the rotor area.
849
850!
851!--    Allocation of the array containing information on the intersection points
852!--    between rotor disk and the numerical grid:
853       upper_end = ( ny + 1 ) * 10000 
854
855       ALLOCATE( circle_points(1:2,1:upper_end) )
856       
857       circle_points(:,:) = 0.0_wp
858
859       
860       DO inot = 1, nturbines                     ! loop over number of turbines
861!
862!--       Determine the grid index (u-grid) that corresponds to the location of
863!--       the rotor center (reduces the amount of calculations in the case that
864!--       the mean flow is perpendicular to the rotor area):
865          i = i_hub(inot)
866
867!
868!--       Determine the left and the right edge of the nacelle (corresponding
869!--       grid point indices):
870          index_nacl(inot) = INT( ( rcy(inot) - rnac(inot) + 0.5_wp * dy ) / dy )
871          index_nacr(inot) = INT( ( rcy(inot) + rnac(inot) + 0.5_wp * dy ) / dy )
872!
873!--       Determine the bottom and the top edge of the nacelle (corresponding
874!--       grid point indices).The grid point index has to be increased by 1, as
875!--       the first level for the u-component (index 0) is situated below the
876!--       surface. All points between z=0 and z=dz/s would already be contained
877!--       in grid box 1.
878          index_nacb(inot) = INT( ( rcz(inot) - rnac(inot) ) / dz ) + 1
879          index_nact(inot) = INT( ( rcz(inot) + rnac(inot) ) / dz ) + 1
880
881!
882!--       Determine the indices of the grid boxes containing the left and
883!--       the right boundaries of the tower:
884          tower_n = ( rcy(inot) + 0.5_wp * dtow(inot) - 0.5_wp * dy ) / dy
885          tower_s = ( rcy(inot) - 0.5_wp * dtow(inot) - 0.5_wp * dy ) / dy
886
887!
888!--       Determine the fraction of the grid box area overlapping with the tower
889!--       area and multiply it with the drag of the tower:
890          IF ( ( nxlg <= i )  .AND.  ( nxrg >= i ) )  THEN
891
892             DO  j = nys, nyn
893!
894!--             Loop from south to north boundary of tower
895                IF ( ( j >= tower_s )  .AND.  ( j <= tower_n ) )  THEN
896
897                   DO  k = nzb, nzt
898
899                      IF ( k == k_hub(inot) )  THEN
900                         IF ( tower_n - tower_s >= 1 )  THEN
901!
902!--                      leftmost and rightmost grid box:
903                            IF ( j == tower_s )  THEN
904                               tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot) -              &
905                                    ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) )  *    & ! extension in z-direction
906                                  ( ( tower_s + 1.0_wp + 0.5_wp ) * dy    -    &
907                                    ( rcy(inot) - 0.5_wp * dtow(inot) ) ) *    & ! extension in y-direction
908                                  turb_cd_tower(inot)
909                            ELSEIF ( j == tower_n )  THEN
910                               tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot)            -   &
911                                    ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) )  *    & ! extension in z-direction
912                                  ( ( rcy(inot) + 0.5_wp * dtow(inot) )   -    &
913                                    ( tower_n + 0.5_wp ) * dy )           *    & ! extension in y-direction
914                                  turb_cd_tower(inot)
915!
916!--                         grid boxes inbetween
917!--                         (where tow_cd_surf = grid box area):
918                            ELSE
919                               tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot) -              &
920                                    ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) )  *    &
921                                    dy * turb_cd_tower(inot)
922                            ENDIF
923!
924!--                      tower lies completely within one grid box:
925                         ELSE
926                            tow_cd_surf(k,j,i) = ( rcz(inot)                 - &
927                                       ( k_hub(inot) * dz - 0.5_wp * dz ) ) *  &
928                                       dtow(inot) * turb_cd_tower(inot)
929                         ENDIF
930!
931!--                  In case that k is smaller than k_hub the following actions
932!--                  are carried out:
933                      ELSEIF ( k < k_hub(inot) )  THEN
934                     
935                         IF ( ( tower_n - tower_s ) >= 1 )  THEN
936!
937!--                         leftmost and rightmost grid box:
938                            IF ( j == tower_s )  THEN                         
939                               tow_cd_surf(k,j,i) = dz * (                     &
940                                      ( tower_s + 1 + 0.5_wp ) * dy         -  &
941                                      ( rcy(inot) - 0.5_wp * dtow(inot) )      &
942                                                        ) * turb_cd_tower(inot)
943                            ELSEIF ( j == tower_n )  THEN
944                               tow_cd_surf(k,j,i) = dz * (                     &
945                                      ( rcy(inot) + 0.5_wp * dtow(inot) )   -  &
946                                      ( tower_n + 0.5_wp ) * dy                &
947                                                         ) * turb_cd_tower(inot)
948!
949!--                         grid boxes inbetween
950!--                         (where tow_cd_surf = grid box area):
951                            ELSE
952                               tow_cd_surf(k,j,i) = dz * dy * turb_cd_tower(inot)
953                            ENDIF
954!
955!--                         tower lies completely within one grid box:
956                         ELSE
957                            tow_cd_surf(k,j,i) = dz * dtow(inot) *             &
958                                                turb_cd_tower(inot)
959                         ENDIF ! end if larger than grid box
960
961                      ENDIF    ! end if k == k_hub
962
963                   ENDDO       ! end loop over k
964
965                ENDIF          ! end if inside north and south boundary of tower
966
967             ENDDO             ! end loop over j
968
969          ENDIF                ! end if hub inside domain + ghostpoints
970       
971         
972          CALL exchange_horiz( tow_cd_surf, nbgp )
973
974!
975!--       Calculation of the nacelle area
976!--       CAUTION: Currently disabled due to segmentation faults on the FLOW HPC
977!--                cluster (Oldenburg)
978!!
979!!--       Tabulate the points on the circle that are required in the following for
980!!--       the calculation of the Riemann integral (node points; they are called
981!!--       circle_points in the following):
982!
983!          dy_int = dy / 10000.0_wp
984!
985!          DO  i_ip = 1, upper_end
986!             yvalue   = dy_int * ( i_ip - 0.5_wp ) + 0.5_wp * dy           !<--- segmentation fault
987!             sqrt_arg = rnac(inot)**2 - ( yvalue - rcy(inot) )**2          !<--- segmentation fault
988!             IF ( sqrt_arg >= 0.0_wp )  THEN
989!!
990!!--             bottom intersection point
991!                circle_points(1,i_ip) = rcz(inot) - SQRT( sqrt_arg )
992!!
993!!--             top intersection point
994!                circle_points(2,i_ip) = rcz(inot) + SQRT( sqrt_arg )       !<--- segmentation fault
995!             ELSE
996!                circle_points(:,i_ip) = -111111                            !<--- segmentation fault
997!             ENDIF
998!          ENDDO
999!
1000!
1001!          DO  j = nys, nyn
1002!!
1003!!--          In case that the grid box is located completely outside the nacelle
1004!!--          (y) it can automatically be stated that there is no overlap between
1005!!--          the grid box and the nacelle and consequently we can set
1006!!--          nac_cd_surf(:,j,i) = 0.0:
1007!             IF ( ( j >= index_nacl(inot) )  .AND.  ( j <= index_nacr(inot) ) )  THEN
1008!                DO  k = nzb+1, nzt
1009!!
1010!!--                In case that the grid box is located completely outside the
1011!!--                nacelle (z) it can automatically be stated that there is no
1012!!--                overlap between the grid box and the nacelle and consequently
1013!!--                we can set nac_cd_surf(k,j,i) = 0.0:
1014!                   IF ( ( k >= index_nacb(inot) )  .OR.                           &
1015!                        ( k <= index_nact(inot) ) )  THEN
1016!!
1017!!--                   For all other cases Riemann integrals are calculated.
1018!!--                   Here, the points on the circle that have been determined
1019!!--                   above are used in order to calculate the overlap between the
1020!!--                   gridbox and the nacelle area (area approached by 10000
1021!!--                   rectangulars dz_int * dy_int):
1022!                      DO  i_ipg = 1, 10000
1023!                         dz_int = dz
1024!                         i_ip = j * 10000 + i_ipg
1025!!
1026!!--                      Determine the vertical extension dz_int of the circle
1027!!--                      within the current grid box:
1028!                         IF ( ( circle_points(2,i_ip) < zw(k) ) .AND.          &  !<--- segmentation fault
1029!                              ( circle_points(2,i_ip) >= zw(k-1) ) ) THEN
1030!                            dz_int = dz_int -                                  &  !<--- segmentation fault
1031!                                     ( zw(k) - circle_points(2,i_ip) )
1032!                         ENDIF
1033!                         IF ( ( circle_points(1,i_ip) <= zw(k) ) .AND.         &  !<--- segmentation fault
1034!                              ( circle_points(1,i_ip) > zw(k-1) ) ) THEN
1035!                            dz_int = dz_int -                                  &
1036!                                     ( circle_points(1,i_ip) - zw(k-1) )
1037!                         ENDIF
1038!                         IF ( zw(k-1) > circle_points(2,i_ip) ) THEN
1039!                            dz_int = 0.0_wp
1040!                         ENDIF
1041!                         IF ( zw(k) < circle_points(1,i_ip) ) THEN
1042!                            dz_int = 0.0_wp                     
1043!                         ENDIF
1044!                         IF ( ( nxlg <= i ) .AND. ( nxrg >= i ) ) THEN
1045!                            nac_cd_surf(k,j,i) = nac_cd_surf(k,j,i) +        &  !<--- segmentation fault
1046!                                                  dy_int * dz_int * turb_cd_nacelle(inot)
1047!                         ENDIF   
1048!                      ENDDO
1049!                   ENDIF
1050!                ENDDO
1051!             ENDIF
1052!
1053!          ENDDO
1054!       
1055!          CALL exchange_horiz( nac_cd_surf, nbgp )                                !<---  segmentation fault
1056
1057       ENDDO   ! end of loop over turbines
1058
1059       tow_cd_surf   = tow_cd_surf   / ( dx * dy * dz )      ! Normalize tower drag
1060       nac_cd_surf = nac_cd_surf / ( dx * dy * dz )      ! Normalize nacelle drag
1061
1062       CALL wtm_read_blade_tables
1063 
1064    END SUBROUTINE wtm_init
1065
1066
1067!------------------------------------------------------------------------------!
1068! Description:
1069! ------------
1070!> Read in layout of the rotor blade , the lift and drag tables
1071!> and the distribution of lift and drag tables along the blade
1072!------------------------------------------------------------------------------!
1073!
1074    SUBROUTINE wtm_read_blade_tables
1075
1076
1077       IMPLICIT NONE
1078
1079       INTEGER(iwp) ::  ii   !< running index
1080       INTEGER(iwp) ::  jj   !< running index
1081   
1082       INTEGER(iwp) ::  ierrn       !<
1083   
1084       CHARACTER(200) :: chmess     !< Read in string
1085
1086       INTEGER(iwp) ::  dlen        !< no. rows of local table
1087       INTEGER(iwp) ::  dlenbl      !< no. rows of cd, cl table
1088       INTEGER(iwp) ::  ialpha      !< table position of current alpha value
1089       INTEGER(iwp) ::  iialpha     !<
1090       INTEGER(iwp) ::  iir         !<
1091       INTEGER(iwp) ::  radres      !< radial resolution
1092       INTEGER(iwp) ::  t1          !< no. of airfoil
1093       INTEGER(iwp) ::  t2          !< no. of airfoil
1094       INTEGER(iwp) ::  trow        !<
1095       INTEGER(iwp) ::  dlenbl_int  !< no. rows of interpolated cd, cl tables
1096   
1097       REAL(wp) :: alpha_attack_i   !<
1098       REAL(wp) :: weight_a         !<
1099       REAL(wp) :: weight_b         !<
1100
1101       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: ttoint1    !<
1102       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: ttoint2    !<
1103   
1104       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cd_sel1   !<
1105       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cd_sel2   !<
1106       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cl_sel1   !<
1107       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: turb_cl_sel2   !<
1108       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: read_cl_cd     !< read in var array
1109             
1110       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE    :: alpha_attack_tab   !<
1111       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE    :: trad1              !<
1112       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE    :: trad2              !<         
1113       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE  :: turb_cd_table      !<
1114       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE  :: turb_cl_table      !<
1115                                         
1116       ALLOCATE ( read_cl_cd(1:2*nairfoils+1) )
1117
1118!
1119!--    Read in the distribution of lift and drag tables along the blade, the
1120!--    layout of the rotor blade and the lift and drag tables:
1121
1122       OPEN ( 90, FILE='WTM_DATA', STATUS='OLD', FORM='FORMATTED', IOSTAT=ierrn )
1123
1124       IF ( ierrn /= 0 )  THEN
1125          message_string = 'file WTM_DATA does not exist'
1126          CALL message( 'wtm_init', 'PA0464', 1, 2, 0, 6, 0 )
1127       ENDIF
1128!
1129!--    Read distribution table:
1130
1131       dlen = 0
1132
1133       READ ( 90, '(3/)' )
1134
1135       rloop3: DO
1136          READ ( 90, *, IOSTAT=ierrn ) chmess
1137          IF ( ierrn < 0  .OR.  chmess == '#'  .OR.  chmess == '')  EXIT rloop3
1138          dlen = dlen + 1
1139       ENDDO rloop3
1140
1141       ALLOCATE( trad1(1:dlen), trad2(1:dlen), ttoint1(1:dlen), ttoint2(1:dlen))
1142
1143       DO jj = 1,dlen+1
1144          BACKSPACE ( 90, IOSTAT=ierrn )
1145       ENDDO
1146
1147       DO jj = 1,dlen
1148          READ ( 90, * ) trad1(jj), trad2(jj), ttoint1(jj), ttoint2(jj)
1149       ENDDO
1150
1151!
1152!--    Read layout table:
1153
1154       dlen = 0 
1155
1156       READ ( 90, '(3/)')
1157
1158       rloop1: DO
1159          READ ( 90, *, IOSTAT=ierrn ) chmess
1160          IF ( ierrn < 0  .OR.  chmess == '#'  .OR.  chmess == '')  EXIT rloop1
1161          dlen = dlen + 1
1162       ENDDO rloop1
1163
1164       ALLOCATE( lrd(1:dlen), ard(1:dlen), crd(1:dlen) )
1165       DO jj = 1, dlen+1
1166          BACKSPACE ( 90, IOSTAT=ierrn )
1167       ENDDO             
1168       DO jj = 1, dlen
1169          READ ( 90, * ) lrd(jj), ard(jj), crd(jj) 
1170       ENDDO
1171
1172!
1173!--    Read tables (turb_cl(alpha),turb_cd(alpha) for the different profiles:
1174
1175       dlen = 0
1176
1177       READ ( 90, '(3/)' )
1178
1179       rloop2: DO
1180          READ ( 90, *, IOSTAT=ierrn ) chmess
1181          IF ( ierrn < 0  .OR.  chmess == '#'  .OR.  chmess == '')  EXIT rloop2
1182          dlen = dlen + 1
1183       ENDDO rloop2
1184
1185       ALLOCATE( alpha_attack_tab(1:dlen), turb_cl_table(1:dlen,1:nairfoils),  &
1186                 turb_cd_table(1:dlen,1:nairfoils) )
1187
1188       DO jj = 1,dlen+1
1189          BACKSPACE ( 90, IOSTAT=ierrn )
1190       ENDDO
1191
1192       DO jj = 1,dlen
1193          READ ( 90, * ) read_cl_cd
1194          alpha_attack_tab(jj) = read_cl_cd(1)
1195          DO ii= 1, nairfoils
1196             turb_cl_table(jj,ii) = read_cl_cd(ii*2)
1197             turb_cd_table(jj,ii) = read_cl_cd(ii*2+1)
1198          ENDDO
1199
1200       ENDDO
1201
1202       dlenbl = dlen
1203
1204       CLOSE ( 90 )
1205
1206!
1207!--    For each possible radial position (resolution: 0.1 m --> 630 values) and
1208!--    each possible angle of attack (resolution: 0.01 degrees --> 36000 values!)
1209!--    determine the lift and drag coefficient by interpolating between the
1210!--    tabulated values of each table (interpolate to current angle of attack)
1211!--    and between the tables (interpolate to current radial position):
1212
1213       ALLOCATE( turb_cl_sel1(0:dlenbl) ) 
1214       ALLOCATE( turb_cl_sel2(0:dlenbl) ) 
1215       ALLOCATE( turb_cd_sel1(0:dlenbl) )
1216       ALLOCATE( turb_cd_sel2(0:dlenbl) )
1217
1218       radres     = INT( rr(1) * 10.0_wp ) + 1_iwp
1219       dlenbl_int = INT( 360.0_wp / accu_cl_cd_tab ) + 1_iwp
1220
1221
1222       ALLOCATE( turb_cl_tab(0:dlenbl_int,1:radres) )
1223       ALLOCATE( turb_cd_tab(0:dlenbl_int,1:radres) )
1224
1225
1226       DO iir = 1, radres ! loop over radius
1227
1228          DO iialpha = 1, dlenbl_int  ! loop over angles
1229
1230             cur_r = ( iir - 1_iwp ) * 0.1_wp             
1231             alpha_attack_i = -180.0_wp + REAL( iialpha-1 ) * accu_cl_cd_tab
1232             ialpha = 1
1233
1234             DO WHILE ( ( alpha_attack_i > alpha_attack_tab(ialpha) ) .AND. (ialpha <= dlen ) )
1235                ialpha = ialpha + 1
1236             ENDDO
1237!
1238!--          Find position in table
1239             lct = MINLOC( ABS( trad1 - cur_r ) )
1240!                lct(1) = lct(1)
1241
1242             IF ( ( trad1(lct(1)) - cur_r ) .GT. 0.0 )  THEN
1243                lct(1) = lct(1) - 1
1244             ENDIF
1245
1246             trow = lct(1)
1247!
1248!--          Calculate weights for interpolation
1249             weight_a = ( trad2(trow) - cur_r ) / ( trad2(trow) - trad1(trow) )
1250             weight_b = ( cur_r - trad1(trow) ) / ( trad2(trow) - trad1(trow) )
1251             t1 = ttoint1(trow)
1252             t2 = ttoint2(trow)
1253
1254             IF ( t1 .EQ. t2 ) THEN  ! if both are the same, the weights are NaN
1255                weight_a = 0.5_wp    ! then do interpolate in between same twice
1256                weight_b = 0.5_wp    ! using 0.5 as weight
1257             ENDIF
1258
1259             IF ( t1 == 0 .AND. t2 == 0 ) THEN
1260                turb_cd_sel1 = 0.0_wp
1261                turb_cd_sel2 = 0.0_wp
1262                turb_cl_sel1 = 0.0_wp
1263                turb_cl_sel2 = 0.0_wp
1264             ELSE
1265                turb_cd_sel1 = turb_cd_table(:,t1)
1266                turb_cd_sel2 = turb_cd_table(:,t2)
1267                turb_cl_sel1 = turb_cl_table(:,t1)
1268                turb_cl_sel2 = turb_cl_table(:,t2)
1269             ENDIF
1270
1271!
1272!--          Interpolation of lift and drag coefficiencts on fine grid of radius
1273!--          segments and angles of attack
1274
1275             turb_cl_tab(iialpha,iir) = ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1276                                          alpha_attack_i ) /                   &
1277                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1278                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1279                                        ( weight_a * turb_cl_sel1(ialpha-1) +  &
1280                                          weight_b * turb_cl_sel2(ialpha-1) ) +&
1281                                        ( alpha_attack_i             -         &
1282                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) /       &
1283                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1284                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1285                                        ( weight_a * turb_cl_sel1(ialpha) +    &
1286                                          weight_b * turb_cl_sel2(ialpha) )
1287             turb_cd_tab(iialpha,iir) = ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1288                                          alpha_attack_i ) /                   &
1289                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1290                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1291                                        ( weight_a * turb_cd_sel1(ialpha-1) +  &
1292                                          weight_b * turb_cd_sel2(ialpha-1) ) +&
1293                                        ( alpha_attack_i             -         &
1294                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) /       &
1295                                        ( alpha_attack_tab(ialpha) -           &
1296                                          alpha_attack_tab(ialpha-1) ) *       &
1297                                        ( weight_a * turb_cd_sel1(ialpha) +    &
1298                                          weight_b * turb_cd_sel2(ialpha) )
1299   
1300          ENDDO   ! end loop over angles of attack
1301
1302       ENDDO   ! end loop over radius
1303   
1304    END SUBROUTINE wtm_read_blade_tables
1305
1306
1307!------------------------------------------------------------------------------!
1308! Description:
1309! ------------
1310!> The projection matrix for the coordinate system of therotor disc in respect
1311!> to the yaw and tilt angle of the rotor is calculated
1312!------------------------------------------------------------------------------!
1313    SUBROUTINE wtm_rotate_rotor( inot )
1314
1315
1316       IMPLICIT NONE
1317
1318       INTEGER(iwp) :: inot
1319!
1320!--    Calculation of the rotation matrix for the application of the tilt to
1321!--    the rotors
1322       rot_eigen_rad(1) = SIN( phi_yaw(inot) )    ! x-component of the radial eigenvector
1323       rot_eigen_rad(2) = COS( phi_yaw(inot) )    ! y-component of the radial eigenvector
1324       rot_eigen_rad(3) = 0.0_wp                  ! z-component of the radial eigenvector
1325
1326       rot_eigen_azi(1) = 0.0_wp                  ! x-component of the azimuth eigenvector
1327       rot_eigen_azi(2) = 0.0_wp                  ! y-component of the azimuth eigenvector
1328       rot_eigen_azi(3) = 1.0_wp                  ! z-component of the azimuth eigenvector
1329
1330       rot_eigen_nor(1) =  COS( phi_yaw(inot) )   ! x-component of the normal eigenvector
1331       rot_eigen_nor(2) = -SIN( phi_yaw(inot) )   ! y-component of the normal eigenvector
1332       rot_eigen_nor(3) = 0.0_wp                  ! z-component of the normal eigenvector
1333   
1334!
1335!--    Calculation of the coordinate transformation matrix to apply a tilt to
1336!--    the rotor. If tilt = 0, rot_coord_trans is a unit matrix.
1337
1338       rot_coord_trans(inot,1,1) = rot_eigen_rad(1)**2                   *     &
1339                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) ) + COS( tilt ) 
1340       rot_coord_trans(inot,1,2) = rot_eigen_rad(1) * rot_eigen_rad(2)   *     &
1341                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              -     &
1342                                   rot_eigen_rad(3) * SIN( tilt )
1343       rot_coord_trans(inot,1,3) = rot_eigen_rad(1) * rot_eigen_rad(3)   *     &
1344                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              +     &
1345                                   rot_eigen_rad(2) * SIN( tilt )
1346       rot_coord_trans(inot,2,1) = rot_eigen_rad(2) * rot_eigen_rad(1)   *     &
1347                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              +     &
1348                                   rot_eigen_rad(3) * SIN( tilt )
1349       rot_coord_trans(inot,2,2) = rot_eigen_rad(2)**2                   *     &
1350                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) ) + COS( tilt ) 
1351       rot_coord_trans(inot,2,3) = rot_eigen_rad(2) * rot_eigen_rad(3)   *     &
1352                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              -     &
1353                                   rot_eigen_rad(1) * SIN( tilt )
1354       rot_coord_trans(inot,3,1) = rot_eigen_rad(3) * rot_eigen_rad(1)   *     &
1355                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              -     &
1356                                   rot_eigen_rad(2) * SIN( tilt )
1357       rot_coord_trans(inot,3,2) = rot_eigen_rad(3) * rot_eigen_rad(2)   *     &
1358                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) )              +     &
1359                                   rot_eigen_rad(1) * SIN( tilt )
1360       rot_coord_trans(inot,3,3) = rot_eigen_rad(3)**2                   *     &
1361                                   ( 1.0_wp - COS( tilt ) ) + COS( tilt )
1362
1363!
1364!--    Vectors for the Transformation of forces from the rotor's spheric
1365!--    coordinate system to the cartesian coordinate system
1366       rotx(inot,:) = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rot_eigen_nor )
1367       roty(inot,:) = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rot_eigen_rad )
1368       rotz(inot,:) = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rot_eigen_azi )
1369   
1370    END SUBROUTINE wtm_rotate_rotor
1371
1372
1373!------------------------------------------------------------------------------!
1374! Description:
1375! ------------
1376!> Calculation of the forces generated by the wind turbine
1377!------------------------------------------------------------------------------!
1378    SUBROUTINE wtm_forces
1379
1380
1381       IMPLICIT NONE
1382
1383       CHARACTER (LEN=2) ::  turbine_id
1384
1385       INTEGER(iwp) ::  i, j, k          !< loop indices
1386       INTEGER(iwp) ::  inot             !< turbine loop index (turbine id)
1387       INTEGER(iwp) ::  iialpha, iir     !<
1388       INTEGER(iwp) ::  rseg, rseg_int   !<
1389       INTEGER(iwp) ::  ring, ring_int   !<
1390       INTEGER(iwp) ::  ii, jj, kk       !<
1391   
1392       REAL(wp)     ::  flag               !< flag to mask topography grid points
1393       REAL(wp)     ::  sin_rot, cos_rot   !<
1394       REAL(wp)     ::  sin_yaw, cos_yaw   !<
1395       
1396       REAL(wp) ::  aa, bb, cc, dd  !< interpolation distances
1397       REAL(wp) ::  gg              !< interpolation volume var 
1398       
1399       REAL(wp) ::  dist_u_3d, dist_v_3d, dist_w_3d  !< smearing distances
1400
1401       
1402!
1403!      Variables for pitch control
1404       REAL(wp)     ::  torque_max=0.0_wp
1405       LOGICAL      ::  pitch_sw=.FALSE.
1406
1407       INTEGER(iwp), DIMENSION(1) :: lct=0
1408       REAL(wp), DIMENSION(1)     :: rad_d=0.0_wp
1409       
1410       REAL(wp) :: tl_factor !< factor for tip loss correction
1411
1412
1413       CALL cpu_log( log_point_s(61), 'wtm_forces', 'start' )
1414
1415
1416       IF ( simulated_time >= time_turbine_on ) THEN
1417
1418!
1419!--       Set forces to zero for each new time step:
1420          thrust(:,:,:)         = 0.0_wp
1421          torque_y(:,:,:)       = 0.0_wp
1422          torque_z(:,:,:)       = 0.0_wp
1423          torque_total(:)       = 0.0_wp
1424          rot_tend_x(:,:,:)     = 0.0_wp
1425          rot_tend_y(:,:,:)     = 0.0_wp
1426          rot_tend_z(:,:,:)     = 0.0_wp
1427          thrust_rotor(:)       = 0.0_wp
1428!
1429!--       Loop over number of turbines:
1430          DO inot = 1, nturbines
1431
1432             cos_yaw = COS(phi_yaw(inot))
1433             sin_yaw = SIN(phi_yaw(inot))
1434!
1435!--          Loop over rings of each turbine:
1436             DO ring = 1, nrings(inot)
1437
1438                thrust_seg(:)   = 0.0_wp
1439                torque_seg_y(:) = 0.0_wp
1440                torque_seg_z(:) = 0.0_wp
1441!
1442!--             Determine distance between each ring (center) and the hub:
1443                cur_r = (ring - 0.5_wp) * delta_r(inot)
1444
1445!
1446!--             Loop over segments of each ring of each turbine:
1447                DO rseg = 1, nsegs(ring,inot)
1448!
1449!--                !-----------------------------------------------------------!
1450!--                !-- Determine coordinates of the ring segments            --!
1451!--                !-----------------------------------------------------------!
1452!
1453!--                Determine angle of ring segment towards zero degree angle of
1454!--                rotor system (at zero degree rotor direction vectors aligned
1455!--                with y-axis):
1456                   phi_rotor = rseg * 2.0_wp * pi / nsegs(ring,inot)
1457                   cos_rot   = COS( phi_rotor )
1458                   sin_rot   = SIN( phi_rotor )
1459
1460!--                Now the direction vectors can be determined with respect to
1461!--                the yaw and tilt angle:
1462                   re(1) = cos_rot * sin_yaw
1463                   re(2) = cos_rot * cos_yaw   
1464                   re(3) = sin_rot
1465
1466                   rote = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), re )
1467!
1468!--                Coordinates of the single segments (center points):
1469                   rbx(ring,rseg) = rcx(inot) + cur_r * rote(1)
1470                   rby(ring,rseg) = rcy(inot) + cur_r * rote(2)
1471                   rbz(ring,rseg) = rcz(inot) + cur_r * rote(3)
1472
1473!--                !-----------------------------------------------------------!
1474!--                !-- Interpolation of the velocity components from the     --!
1475!--                !-- cartesian grid point to the coordinates of each ring  --!
1476!--                !-- segment (follows a method used in the particle model) --!
1477!--                !-----------------------------------------------------------!
1478
1479                   u_int(inot,ring,rseg)     = 0.0_wp
1480                   u_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1481
1482                   v_int(inot,ring,rseg)     = 0.0_wp
1483                   v_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1484
1485                   w_int(inot,ring,rseg)     = 0.0_wp
1486                   w_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1487
1488!
1489!--                Interpolation of the u-component:
1490
1491                   ii =   rbx(ring,rseg) * ddx
1492                   jj = ( rby(ring,rseg) - 0.5_wp * dy ) * ddy
1493                   kk = ( rbz(ring,rseg) + 0.5_wp * dz ) / dz
1494!
1495!--                Interpolate only if all required information is available on
1496!--                the current PE:
1497                   IF ( ( ii >= nxl )  .AND.  ( ii <= nxr ) )  THEN
1498                      IF ( ( jj >= nys )  .AND.  ( jj <= nyn ) )  THEN
1499
1500                         aa = ( ( ii + 1          ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1501                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1502                         bb = ( rbx(ring,rseg) - ii * dx )                  *  &
1503                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1504                         cc = ( ( ii+1            ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1505                              ( rby(ring,rseg) - ( jj + 0.5_wp ) * dy )
1506                         dd = ( rbx(ring,rseg) -              ii * dx )     *  &
1507                              ( rby(ring,rseg) - ( jj + 0.5_wp ) * dy ) 
1508                         gg = dx * dy
1509
1510                         u_int_l = ( aa * u(kk,jj,ii)     +                    &
1511                                     bb * u(kk,jj,ii+1)   +                    &
1512                                     cc * u(kk,jj+1,ii)   +                    &
1513                                     dd * u(kk,jj+1,ii+1)                      &
1514                                   ) / gg
1515
1516                         u_int_u = ( aa * u(kk+1,jj,ii)     +                  &
1517                                     bb * u(kk+1,jj,ii+1)   +                  &
1518                                     cc * u(kk+1,jj+1,ii)   +                  &
1519                                     dd * u(kk+1,jj+1,ii+1)                    &
1520                                   ) / gg
1521
1522                         u_int_1_l(inot,ring,rseg) = u_int_l          +        &
1523                                     ( rbz(ring,rseg) - zu(kk) ) / dz *        &
1524                                     ( u_int_u - u_int_l )
1525
1526                      ELSE
1527                         u_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1528                      ENDIF
1529                   ELSE
1530                      u_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1531                   ENDIF
1532
1533
1534!
1535!--                Interpolation of the v-component:
1536                   ii = ( rbx(ring,rseg) - 0.5_wp * dx ) * ddx
1537                   jj =   rby(ring,rseg)                 * ddy
1538                   kk = ( rbz(ring,rseg) + 0.5_wp * dz ) / dz
1539!
1540!--                Interpolate only if all required information is available on
1541!--                the current PE:
1542                   IF ( ( ii >= nxl )  .AND.  ( ii <= nxr ) )  THEN
1543                      IF ( ( jj >= nys )  .AND.  ( jj <= nyn ) )  THEN
1544
1545                         aa = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1546                              ( ( jj + 1 )          * dy - rby(ring,rseg) )
1547                         bb = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1548                              ( ( jj + 1 ) * dy          - rby(ring,rseg) )
1549                         cc = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1550                              ( rby(ring,rseg)           -        jj * dy )
1551                         dd = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1552                              ( rby(ring,rseg)           -        jj * dy )
1553                         gg = dx * dy
1554
1555                         v_int_l = ( aa * v(kk,jj,ii)     +                    &
1556                                     bb * v(kk,jj,ii+1)   +                    &
1557                                     cc * v(kk,jj+1,ii)   +                    &
1558                                     dd * v(kk,jj+1,ii+1)                      &
1559                                   ) / gg
1560
1561                         v_int_u = ( aa * v(kk+1,jj,ii)     +                  &
1562                                     bb * v(kk+1,jj,ii+1)   +                  &
1563                                     cc * v(kk+1,jj+1,ii)   +                  &
1564                                     dd * v(kk+1,jj+1,ii+1)                    &
1565                                  ) / gg
1566
1567                         v_int_1_l(inot,ring,rseg) = v_int_l +                 &
1568                                     ( rbz(ring,rseg) - zu(kk) ) / dz *        &
1569                                     ( v_int_u - v_int_l )
1570
1571                      ELSE
1572                         v_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1573                      ENDIF
1574                   ELSE
1575                      v_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1576                   ENDIF
1577
1578
1579!
1580!--                Interpolation of the w-component:
1581                   ii = ( rbx(ring,rseg) - 0.5_wp * dx ) * ddx
1582                   jj = ( rby(ring,rseg) - 0.5_wp * dy ) * ddy
1583                   kk =   rbz(ring,rseg)                 / dz
1584!
1585!--                Interpolate only if all required information is available on
1586!--                the current PE:
1587                   IF ( ( ii >= nxl )  .AND.  ( ii <= nxr ) )  THEN
1588                      IF ( ( jj >= nys )  .AND.  ( jj <= nyn ) )  THEN
1589
1590                         aa = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1591                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1592                         bb = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1593                              ( ( jj + 1 + 0.5_wp ) * dy - rby(ring,rseg) )
1594                         cc = ( ( ii + 1 + 0.5_wp ) * dx - rbx(ring,rseg) ) *  &
1595                              ( rby(ring,rseg)     - ( jj + 0.5_wp ) * dy )
1596                         dd = ( rbx(ring,rseg)     - ( ii + 0.5_wp ) * dx ) *  &
1597                              ( rby(ring,rseg)     - ( jj + 0.5_wp ) * dy )
1598                         gg = dx * dy
1599
1600                         w_int_l = ( aa * w(kk,jj,ii)     +                    &
1601                                     bb * w(kk,jj,ii+1)   +                    &
1602                                     cc * w(kk,jj+1,ii)   +                    &
1603                                     dd * w(kk,jj+1,ii+1)                      &
1604                                   ) / gg
1605
1606                         w_int_u = ( aa * w(kk+1,jj,ii)     +                  &
1607                                     bb * w(kk+1,jj,ii+1)   +                  &
1608                                     cc * w(kk+1,jj+1,ii)   +                  &
1609                                     dd * w(kk+1,jj+1,ii+1)                    &
1610                                    ) / gg
1611
1612                         w_int_1_l(inot,ring,rseg) = w_int_l +                 &
1613                                     ( rbz(ring,rseg) - zw(kk) ) / dz *        &
1614                                     ( w_int_u - w_int_l )
1615                      ELSE
1616                         w_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1617                      ENDIF
1618                   ELSE
1619                      w_int_1_l(inot,ring,rseg) = 0.0_wp
1620                   ENDIF
1621
1622                ENDDO
1623             ENDDO
1624
1625          ENDDO
1626
1627!
1628!--       Exchange between PEs (information required on each PE):
1629#if defined( __parallel )
1630          CALL MPI_ALLREDUCE( u_int_1_l, u_int, nturbines * MAXVAL(nrings) *   &
1631                              MAXVAL(nsegs), MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1632          CALL MPI_ALLREDUCE( v_int_1_l, v_int, nturbines * MAXVAL(nrings) *   &
1633                              MAXVAL(nsegs), MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1634          CALL MPI_ALLREDUCE( w_int_1_l, w_int, nturbines * MAXVAL(nrings) *   &
1635                              MAXVAL(nsegs), MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1636#else
1637          u_int = u_int_1_l
1638          v_int = v_int_1_l
1639          w_int = w_int_1_l
1640#endif
1641
1642
1643!
1644!--       Loop over number of turbines:
1645
1646          DO inot = 1, nturbines
1647pit_loop: DO
1648
1649             IF ( pitch_sw )  THEN
1650                torque_total(inot) = 0.0_wp
1651                thrust_rotor(inot) = 0.0_wp
1652                pitch_add(inot)    = pitch_add(inot) + 0.25_wp
1653!                 IF ( myid == 0 ) PRINT*, 'Pitch', inot, pitch_add(inot)
1654             ELSE
1655                cos_yaw = COS(phi_yaw(inot))
1656                sin_yaw = SIN(phi_yaw(inot))
1657                IF ( pitch_control )  THEN
1658                   pitch_add(inot) = MAX(pitch_add_old(inot) - pitch_rate *    &
1659                                         dt_3d , 0.0_wp )
1660                ENDIF
1661             ENDIF
1662
1663!
1664!--          Loop over rings of each turbine:
1665             DO ring = 1, nrings(inot)
1666!
1667!--             Determine distance between each ring (center) and the hub:
1668                cur_r = (ring - 0.5_wp) * delta_r(inot)
1669!
1670!--             Loop over segments of each ring of each turbine:
1671                DO rseg = 1, nsegs(ring,inot)
1672!
1673!--                Determine angle of ring segment towards zero degree angle of
1674!--                rotor system (at zero degree rotor direction vectors aligned
1675!--                with y-axis):
1676                   phi_rotor = rseg * 2.0_wp * pi / nsegs(ring,inot)
1677                   cos_rot   = COS(phi_rotor)
1678                   sin_rot   = SIN(phi_rotor)
1679!
1680!--                Now the direction vectors can be determined with respect to
1681!--                the yaw and tilt angle:
1682                   re(1) = cos_rot * sin_yaw
1683                   re(2) = cos_rot * cos_yaw
1684                   re(3) = sin_rot
1685
1686!                  The current unit vector in azimuthal direction:                         
1687                   rea(1) = - sin_rot * sin_yaw
1688                   rea(2) = - sin_rot * cos_yaw
1689                   rea(3) =   cos_rot
1690
1691!
1692!--                To respect the yawing angle for the calculations of
1693!--                velocities and forces the unit vectors perpendicular to the
1694!--                rotor area in direction of the positive yaw angle are defined:
1695                   ren(1) =   cos_yaw
1696                   ren(2) = - sin_yaw
1697                   ren(3) = 0.0_wp
1698!
1699!--                Multiplication with the coordinate transformation matrix
1700!--                gives the final unit vector with consideration of the rotor
1701!--                tilt:
1702                   rote = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), re )
1703                   rota = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), rea )
1704                   rotn = MATMUL( rot_coord_trans(inot,:,:), ren )
1705!
1706!--                Coordinates of the single segments (center points):
1707                   rbx(ring,rseg) = rcx(inot) + cur_r * rote(1)
1708
1709                   rby(ring,rseg) = rcy(inot) + cur_r * rote(2)
1710
1711                   rbz(ring,rseg) = rcz(inot) + cur_r * rote(3)
1712
1713!
1714!--                !-----------------------------------------------------------!
1715!--                !-- Calculation of various angles and relative velocities --!
1716!--                !-----------------------------------------------------------!
1717!
1718!--                In the following the 3D-velocity field is projected its
1719!--                components perpendicular and parallel to the rotor area
1720!--                The calculation of forces will be done in the rotor-
1721!--                coordinates y' and z.
1722!--                The yaw angle will be reintroduced when the force is applied
1723!--                on the hydrodynamic equations
1724!
1725!--                Projection of the xy-velocities relative to the rotor area
1726!
1727!--                Velocity perpendicular to the rotor area:
1728                   u_rot = u_int(inot,ring,rseg)*rotn(1) +                     &
1729                   v_int(inot,ring,rseg)*rotn(2) +                             &
1730                   w_int(inot,ring,rseg)*rotn(3)
1731!
1732!--                Projection of the 3D-velocity vector in the azimuthal
1733!--                direction:
1734                   vtheta(rseg) = rota(1) * u_int(inot,ring,rseg) +            & 
1735                                  rota(2) * v_int(inot,ring,rseg) +            &
1736                                  rota(3) * w_int(inot,ring,rseg)
1737!
1738!--                Determination of the angle phi_rel between the rotor plane
1739!--                and the direction of the flow relative to the rotor:
1740
1741                   phi_rel(rseg) = ATAN( u_rot /                               &
1742                                         ( omega_rot(inot) * cur_r -           &
1743                                           vtheta(rseg) ) )
1744
1745!
1746!--                Interpolation of the local pitch angle from tabulated values
1747!--                to the current radial position:
1748
1749                   lct=minloc(ABS(cur_r-lrd))
1750                   rad_d=cur_r-lrd(lct)
1751                   
1752                   IF (cur_r == 0.0_wp) THEN
1753                      alpha_attack(rseg) = 0.0_wp
1754                   ELSE IF (cur_r >= lrd(size(ard))) THEN
1755                      alpha_attack(rseg) = ( ard(size(ard)) +                  &
1756                                             ard(size(ard)-1) ) / 2.0_wp
1757                   ELSE
1758                      alpha_attack(rseg) = ( ard(lct(1)) *  &
1759                                             ( ( lrd(lct(1)+1) - cur_r ) /     &
1760                                               ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) &
1761                                             ) ) + ( ard(lct(1)+1) *           &
1762                                             ( ( cur_r - lrd(lct(1)) ) /       &
1763                                               ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) ) )
1764                   ENDIF
1765
1766!
1767!--                In Fortran radian instead of degree is used as unit for all
1768!--                angles. Therefore, a transformation from angles given in
1769!--                degree to angles given in radian is necessary here:
1770                   alpha_attack(rseg) = alpha_attack(rseg) *                   &
1771                                        ( (2.0_wp*pi) / 360.0_wp )
1772!
1773!--                Substraction of the local pitch angle to obtain the local
1774!--                angle of attack:
1775                   alpha_attack(rseg) = phi_rel(rseg) - alpha_attack(rseg)
1776!
1777!--                Preliminary transformation back from angles given in radian
1778!--                to angles given in degree:
1779                   alpha_attack(rseg) = alpha_attack(rseg) *                   &
1780                                        ( 360.0_wp / (2.0_wp*pi) )
1781!
1782!--                Correct with collective pitch angle:
1783                   alpha_attack = alpha_attack - pitch_add(inot)
1784
1785!
1786!--                Determination of the magnitude of the flow velocity relative
1787!--                to the rotor:
1788                   vrel(rseg) = SQRT( u_rot**2 +                               &
1789                                      ( omega_rot(inot) * cur_r -              &
1790                                        vtheta(rseg) )**2 )
1791
1792!
1793!--                !-----------------------------------------------------------!
1794!--                !-- Interpolation of chord as well as lift and drag       --!
1795!--                !-- coefficients from tabulated values                    --!
1796!--                !-----------------------------------------------------------!
1797
1798!
1799!--                Interpolation of the chord_length from tabulated values to
1800!--                the current radial position:
1801
1802                   IF (cur_r == 0.0_wp) THEN
1803                      chord(rseg) = 0.0_wp
1804                   ELSE IF (cur_r >= lrd(size(crd))) THEN
1805                      chord(rseg) = (crd(size(crd)) + ard(size(crd)-1)) / 2.0_wp
1806                   ELSE
1807                      chord(rseg) = ( crd(lct(1)) *                            &
1808                            ( ( lrd(lct(1)+1) - cur_r ) /                      &
1809                              ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) ) ) +            &
1810                            ( crd(lct(1)+1) *                                  &
1811                            ( ( cur_r-lrd(lct(1)) ) /                          &
1812                              ( lrd(lct(1)+1) - lrd(lct(1)) ) ) )
1813                   ENDIF
1814
1815!
1816!--                Determine index of current angle of attack, needed for
1817!--                finding the appropriate interpolated values of the lift and
1818!--                drag coefficients (-180.0 degrees = 0, +180.0 degrees = 36000,
1819!--                so one index every 0.01 degrees):
1820                   iialpha = CEILING( ( alpha_attack(rseg) + 180.0_wp )        &
1821                                      * ( 1.0_wp / accu_cl_cd_tab ) )
1822!
1823!--                Determine index of current radial position, needed for
1824!--                finding the appropriate interpolated values of the lift and
1825!--                drag coefficients (one index every 0.1 m):
1826                   iir = CEILING( cur_r * 10.0_wp )
1827!
1828!--                Read in interpolated values of the lift and drag coefficients
1829!--                for the current radial position and angle of attack:
1830                   turb_cl(rseg) = turb_cl_tab(iialpha,iir)
1831                   turb_cd(rseg) = turb_cd_tab(iialpha,iir)
1832
1833!
1834!--                Final transformation back from angles given in degree to
1835!--                angles given in radian:
1836                   alpha_attack(rseg) = alpha_attack(rseg) *                   &
1837                                        ( (2.0_wp*pi) / 360.0_wp )
1838
1839                   IF ( tl_cor )  THEN
1840                   
1841!--                  Tip loss correction following Schito
1842!--                  Schito applies the tip loss correction only to the lift force
1843!--                  Therefore, the tip loss correction is only applied to the lift
1844!--                  coefficient and not to the drag coefficient in our case
1845!--                 
1846                     tl_factor = ( 2.0 / pi ) *                                &
1847                          ACOS( EXP( -1.0 * ( 3.0 * ( rr(inot) - cur_r ) /     &
1848                          ( 2.0 * cur_r * abs( sin( phi_rel(rseg) ) ) ) ) ) )
1849                         
1850                     turb_cl(rseg)  = tl_factor * turb_cl(rseg)                                 
1851                                 
1852                   END IF               
1853!
1854!--                !-----------------------------------------------------!
1855!--                !-- Calculation of the forces                       --!
1856!--                !-----------------------------------------------------!
1857
1858!
1859!--                Calculate the pre_factor for the thrust and torque forces:
1860
1861                   pre_factor = 0.5_wp * (vrel(rseg)**2) * 3.0_wp *  &
1862                                chord(rseg) * delta_r(inot) / nsegs(ring,inot)
1863
1864!
1865!--                Calculate the thrust force (x-component of the total force)
1866!--                for each ring segment:
1867                   thrust_seg(rseg) = pre_factor *                             &
1868                                      ( turb_cl(rseg) * COS(phi_rel(rseg)) +   &
1869                                        turb_cd(rseg) * SIN(phi_rel(rseg)) )
1870
1871!
1872!--                Determination of the second of the additional forces acting
1873!--                on the flow in the azimuthal direction: force vector as basis
1874!--                for torque (torque itself would be the vector product of the
1875!--                radius vector and the force vector):
1876                   torque_seg = pre_factor *                                   &
1877                                ( turb_cl(rseg) * SIN(phi_rel(rseg)) -         &
1878                                  turb_cd(rseg) * COS(phi_rel(rseg)) )
1879!
1880!--                Decomposition of the force vector into two parts:
1881!--                One acting along the y-direction and one acting along the
1882!--                z-direction of the rotor coordinate system:
1883
1884                   torque_seg_y(rseg) = -torque_seg * sin_rot
1885                   torque_seg_z(rseg) =  torque_seg * cos_rot
1886
1887!
1888!--                Add the segment thrust to the thrust of the whole rotor
1889                   thrust_rotor(inot) = thrust_rotor(inot) +                   &
1890                                        thrust_seg(rseg)                   
1891                   
1892
1893                   torque_total(inot) = torque_total(inot) + (torque_seg * cur_r)
1894
1895                ENDDO   !-- end of loop over ring segments
1896
1897!
1898!--             Restore the forces into arrays containing all the segments of
1899!--             each ring:
1900                thrust_ring(ring,:)   = thrust_seg(:)
1901                torque_ring_y(ring,:) = torque_seg_y(:)
1902                torque_ring_z(ring,:) = torque_seg_z(:)
1903
1904
1905             ENDDO   !-- end of loop over rings
1906
1907
1908             CALL cpu_log( log_point_s(62), 'wtm_controller', 'start' )
1909
1910             
1911             IF ( speed_control )  THEN
1912!
1913!--             Calculation of the current generator speed for rotor speed control
1914             
1915!                                     
1916!--             The acceleration of the rotor speed is calculated from
1917!--             the force balance of the accelerating torque
1918!--             and the torque of the rotating rotor and generator
1919                om_rate = ( torque_total(inot) * air_dens * gear_eff -         &
1920                            gear_ratio * torque_gen_old(inot) ) /              &
1921                          ( inertia_rot +                                      & 
1922                            gear_ratio * gear_ratio * inertia_gen ) * dt_3d
1923
1924!
1925!--             The generator speed is given by the product of gear gear_ratio
1926!--             and rotor speed
1927                omega_gen(inot) = gear_ratio * ( omega_rot(inot) + om_rate )     
1928             
1929             ENDIF
1930             
1931             IF ( pitch_control )  THEN
1932
1933!
1934!--             If the current generator speed is above rated, the pitch is not
1935!--             saturated and the change from the last time step is within the
1936!--             maximum pitch rate, then the pitch loop is repeated with a pitch
1937!--             gain
1938                IF ( (  omega_gen(inot)  > rated_genspeed   )  .AND.           &
1939                     ( pitch_add(inot) < 25.0_wp ) .AND.                       &
1940                     ( pitch_add(inot) < pitch_add_old(inot) +                 & 
1941                       pitch_rate * dt_3d  ) ) THEN
1942                   pitch_sw = .TRUE.
1943!
1944!--                Go back to beginning of pit_loop                   
1945                   CYCLE pit_loop
1946                ENDIF
1947               
1948!
1949!--             The current pitch is saved for the next time step
1950                pitch_add_old(inot) = pitch_add(inot)
1951                pitch_sw = .FALSE.
1952             ENDIF
1953             EXIT pit_loop             
1954          ENDDO pit_loop ! Recursive pitch control loop
1955
1956
1957!
1958!--          Call the rotor speed controller
1959             
1960             IF ( speed_control )  THEN
1961!
1962!--             Find processor at i_hub, j_hub             
1963                IF ( ( nxl <= i_hub(inot) )  .AND.  ( nxr >= i_hub(inot) ) )   &
1964                   THEN
1965                   IF ( ( nys <= j_hub(inot) )  .AND.  ( nyn >= j_hub(inot) ) )&
1966                      THEN
1967                      CALL wtm_speed_control( inot )
1968                   ENDIF
1969                ENDIF
1970                               
1971             ENDIF
1972
1973
1974             CALL cpu_log( log_point_s(62), 'wtm_controller', 'stop' )
1975
1976             CALL cpu_log( log_point_s(63), 'wtm_smearing', 'start' )
1977
1978
1979!--          !-----------------------------------------------------------------!
1980!--          !--                  Regularization kernel                      --!
1981!--          !-- Smearing of the forces and interpolation to cartesian grid  --!
1982!--          !-----------------------------------------------------------------!
1983!
1984!--          The aerodynamic blade forces need to be distributed smoothly on
1985!--          several mesh points in order to avoid singular behaviour
1986!
1987!--          Summation over sum of weighted forces. The weighting factor
1988!--          (calculated in user_init) includes information on the distance
1989!--          between the center of the grid cell and the rotor segment under
1990!--          consideration
1991!
1992!--          To save computing time, apply smearing only for the relevant part
1993!--          of the model domain:
1994!
1995!--
1996!--          Calculation of the boundaries:
1997             i_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) * ABS( roty(inot,1) ) +       &
1998                                        eps_min ) / dx )
1999             j_smear(inot) = CEILING( ( rr(inot) * ABS( roty(inot,2) ) +       &
2000                                        eps_min ) / dy )
2001
2002             DO i = MAX( nxl, i_hub(inot) - i_smear(inot) ),                   &
2003                    MIN( nxr, i_hub(inot) + i_smear(inot) )
2004                DO j = MAX( nys, j_hub(inot) - j_smear(inot) ),                &
2005                        MIN( nyn, j_hub(inot) + j_smear(inot) )
2006!                    DO k = MAX( nzb_u_inner(j,i)+1, k_hub(inot) - k_smear(inot) ), &
2007!                                 k_hub(inot) + k_smear(inot)
2008                   DO  k = nzb+1, k_hub(inot) + k_smear(inot)
2009                      DO ring = 1, nrings(inot)
2010                         DO rseg = 1, nsegs(ring,inot)
2011!
2012!--                         Predetermine flag to mask topography
2013                            flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
2014     
2015!
2016!--                         Determine the square of the distance between the
2017!--                         current grid point and each rotor area segment:
2018                            dist_u_3d = ( i * dx               - rbx(ring,rseg) )**2 + &
2019                                        ( j * dy + 0.5_wp * dy - rby(ring,rseg) )**2 + &
2020                                        ( k * dz - 0.5_wp * dz - rbz(ring,rseg) )**2
2021                            dist_v_3d = ( i * dx + 0.5_wp * dx - rbx(ring,rseg) )**2 + &
2022                                        ( j * dy               - rby(ring,rseg) )**2 + &
2023                                        ( k * dz - 0.5_wp * dz - rbz(ring,rseg) )**2
2024                            dist_w_3d = ( i * dx + 0.5_wp * dx - rbx(ring,rseg) )**2 + &
2025                                        ( j * dy + 0.5_wp * dy - rby(ring,rseg) )**2 + &
2026                                        ( k * dz               - rbz(ring,rseg) )**2
2027
2028!
2029!--                         3D-smearing of the forces with a polynomial function
2030!--                         (much faster than the old Gaussian function), using
2031!--                         some parameters that have been calculated in user_init.
2032!--                         The function is only similar to Gaussian function for
2033!--                         squared distances <= eps_min2:
2034                            IF ( dist_u_3d <= eps_min2 ) THEN
2035                               thrust(k,j,i) = thrust(k,j,i) +                     &
2036                                               thrust_ring(ring,rseg) *            &
2037                                               ( ( pol_a * dist_u_3d - pol_b ) *   & 
2038                                                dist_u_3d + 1.0_wp ) * eps_factor *&
2039                                                                       flag
2040                            ENDIF
2041                            IF ( dist_v_3d <= eps_min2 ) THEN
2042                               torque_y(k,j,i) = torque_y(k,j,i) +                    &
2043                                                 torque_ring_y(ring,rseg) *           &
2044                                                 ( ( pol_a * dist_v_3d - pol_b ) *    &
2045                                                  dist_v_3d + 1.0_wp ) * eps_factor * &
2046                                                                         flag
2047                            ENDIF
2048                            IF ( dist_w_3d <= eps_min2 ) THEN
2049                               torque_z(k,j,i) = torque_z(k,j,i) +                    &
2050                                                 torque_ring_z(ring,rseg) *           &
2051                                                 ( ( pol_a * dist_w_3d - pol_b ) *    &
2052                                                  dist_w_3d + 1.0_wp ) * eps_factor * &
2053                                                                         flag
2054                            ENDIF
2055
2056                         ENDDO  ! End of loop over rseg
2057                      ENDDO     ! End of loop over ring
2058             
2059!
2060!--                   Rotation of force components:
2061                      rot_tend_x(k,j,i) = rot_tend_x(k,j,i) + (                &
2062                                      thrust(k,j,i)*rotx(inot,1) +             &
2063                                      torque_y(k,j,i)*roty(inot,1) +           &
2064                                      torque_z(k,j,i)*rotz(inot,1)             &
2065                                                              ) * flag
2066                               
2067                      rot_tend_y(k,j,i) = rot_tend_y(k,j,i) + (                &
2068                                      thrust(k,j,i)*rotx(inot,2) +             &
2069                                      torque_y(k,j,i)*roty(inot,2) +           &
2070                                      torque_z(k,j,i)*rotz(inot,2)             &
2071                                                              ) * flag
2072                               
2073                      rot_tend_z(k,j,i) = rot_tend_z(k,j,i) + (                &
2074                                      thrust(k,j,i)*rotx(inot,3) +             &
2075                                      torque_y(k,j,i)*roty(inot,3) +           &
2076                                      torque_z(k,j,i)*rotz(inot,3)             &
2077                                                              ) * flag                   
2078
2079                   ENDDO        ! End of loop over k
2080                ENDDO           ! End of loop over j
2081             ENDDO              ! End of loop over i
2082
2083             CALL cpu_log( log_point_s(63), 'wtm_smearing', 'stop' )         
2084                   
2085          ENDDO                  !-- end of loop over turbines
2086
2087               
2088          IF ( yaw_control )  THEN
2089!
2090!--          Allocate arrays for yaw control at first call
2091!--          Can't be allocated before dt_3d is set
2092             IF ( start_up )  THEN
2093                WDLON = NINT( 30.0_wp / dt_3d )  ! 30s running mean array
2094                ALLOCATE( wd30(1:nturbines,1:WDLON) )
2095                wd30 = 999.0_wp                  ! Set to dummy value
2096                ALLOCATE( wd30_l(1:WDLON) )
2097               
2098                WDSHO = NINT( 2.0_wp / dt_3d )   ! 2s running mean array
2099                ALLOCATE( wd2(1:nturbines,1:WDSHO) )
2100                wd2 = 999.0_wp                   ! Set to dummy value
2101                ALLOCATE( wd2_l(1:WDSHO) )
2102                start_up = .FALSE.
2103             ENDIF         
2104
2105!
2106!--          Calculate the inflow wind speed
2107!--
2108!--          Loop over number of turbines:
2109             DO inot = 1, nturbines
2110!
2111!--             Find processor at i_hub, j_hub             
2112                IF ( ( nxl <= i_hub(inot) )  .AND.  ( nxr >= i_hub(inot) ) )   &
2113                   THEN
2114                   IF ( ( nys <= j_hub(inot) )  .AND.  ( nyn >= j_hub(inot) ) )&
2115                      THEN
2116
2117                      u_inflow_l(inot) = u(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot))
2118
2119                      wdir_l(inot) = -1.0_wp * ATAN2(                          &
2120                         0.5_wp * ( v(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot)+1) + &
2121                                    v(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot)) ) , &
2122                         0.5_wp * ( u(k_hub(inot),j_hub(inot)+1,i_hub(inot)) + &
2123                                    u(k_hub(inot),j_hub(inot),i_hub(inot)) ) )
2124
2125                      CALL wtm_yawcontrol( inot )
2126
2127                      phi_yaw_l(inot) = phi_yaw(inot)
2128                     
2129                   ENDIF
2130                ENDIF
2131                   
2132             ENDDO                                 !-- end of loop over turbines
2133
2134!
2135!--          Transfer of information to the other cpus
2136#if defined( __parallel )         
2137             CALL MPI_ALLREDUCE( u_inflow_l, u_inflow, nturbines, MPI_REAL,    &
2138                                 MPI_SUM, comm2d, ierr )
2139             CALL MPI_ALLREDUCE( wdir_l, wdir, nturbines, MPI_REAL, MPI_SUM,   &
2140                                 comm2d, ierr )
2141             CALL MPI_ALLREDUCE( phi_yaw_l, phi_yaw, nturbines, MPI_REAL,      &
2142                                 MPI_SUM, comm2d, ierr )
2143#else
2144             u_inflow = u_inflow_l
2145             wdir     = wdir_l
2146             phi_yaw  = phi_yaw_l
2147             
2148             
2149#endif
2150             DO inot = 1, nturbines
2151!             
2152!--             Update rotor orientation               
2153                CALL wtm_rotate_rotor( inot )
2154
2155             ENDDO ! End of loop over turbines
2156                           
2157          END IF  ! end of yaw control
2158         
2159          IF ( speed_control )  THEN
2160!
2161!--          Transfer of information to the other cpus
2162!              CALL MPI_ALLREDUCE( omega_gen, omega_gen_old, nturbines,        &
2163!                                  MPI_REAL,MPI_SUM, comm2d, ierr )
2164#if defined( __parallel )   
2165             CALL MPI_ALLREDUCE( torque_gen, torque_gen_old, nturbines,        &
2166                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2167             CALL MPI_ALLREDUCE( omega_rot_l, omega_rot, nturbines,            &
2168                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2169             CALL MPI_ALLREDUCE( omega_gen_f, omega_gen_f_old, nturbines,      &
2170                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2171#else
2172             torque_gen_old  = torque_gen
2173             omega_rot       = omega_rot_l
2174             omega_gen_f_old = omega_gen_f
2175#endif
2176           
2177          ENDIF
2178
2179          DO inot = 1, nturbines
2180
2181             IF ( myid == 0 ) THEN
2182                IF ( openfile_turb_mod(400+inot)%opened )  THEN
2183                   WRITE ( 400+inot, 106 ) simulated_time, omega_rot(inot),    &
2184                             omega_gen(inot), torque_gen_old(inot),            &
2185                             torque_total(inot), pitch_add(inot),              &
2186                             torque_gen_old(inot)*omega_gen(inot)*gen_eff,     &
2187                             torque_total(inot)*omega_rot(inot)*air_dens,      &
2188                             thrust_rotor(inot),                               & 
2189                             wdir(inot)*180.0_wp/pi,                           &
2190                             (phi_yaw(inot))*180.0_wp/pi                   
2191                             
2192                ELSE
2193
2194                   WRITE ( turbine_id,'(I2.2)')  inot
2195                   OPEN ( 400+inot, FILE=( 'TURBINE_PARAMETERS'//turbine_id ), &
2196                                            FORM='FORMATTED' )
2197                   WRITE ( 400+inot, 105 ) inot
2198                   WRITE ( 400+inot, 106 ) simulated_time, omega_rot(inot),    &
2199                             omega_gen(inot), torque_gen_old(inot),            &
2200                             torque_total(inot), pitch_add(inot),              &
2201                             torque_gen_old(inot)*omega_gen(inot)*gen_eff,     &
2202                             torque_total(inot)*omega_rot(inot)*air_dens,      &
2203                             thrust_rotor(inot),                               & 
2204                             wdir(inot)*180.0_wp/pi,                           &                   
2205                             (phi_yaw(inot))*180.0_wp/pi
2206                ENDIF
2207             ENDIF
2208
2209!--          Set open flag
2210             openfile_turb_mod(400+inot)%opened = .TRUE.
2211          ENDDO                                    !-- end of loop over turbines
2212
2213       ENDIF
2214
2215       CALL cpu_log( log_point_s(61), 'wtm_forces', 'stop' )
2216       
2217!
2218!--    Formats
2219       105 FORMAT ('Turbine control data for turbine ',I2,1X,':'/ &
2220              &'----------------------------------------'/ &
2221              &'   Time   RSpeed  GSpeed  ', &
2222               'GenTorque  AeroTorque  Pitch  Power(Gen)  Power(Rot)  ',       &
2223               'RotThrust  WDirection  YawOrient')
2224
2225       106 FORMAT (F9.3,2X,F7.3,2X,F7.2,2X,F9.1,3X,F9.1,1X,F6.2,2X,F10.1,2X,   &
2226                   F10.1,1X,F9.1,2X,F7.2,1X,F7.2)
2227
2228
2229    END SUBROUTINE wtm_forces
2230
2231   
2232!------------------------------------------------------------------------------!
2233! Description:
2234! ------------
2235!> Yaw controller for the wind turbine model
2236!------------------------------------------------------------------------------!
2237    SUBROUTINE wtm_yawcontrol( inot )
2238   
2239       USE kinds
2240               
2241       IMPLICIT NONE
2242     
2243       INTEGER(iwp)             :: inot
2244       INTEGER(iwp)             :: i_wd_30
2245       REAL(wp)                 :: missal
2246
2247       i_wd_30 = 0_iwp
2248
2249
2250!--    The yaw controller computes a 30s running mean of the wind direction.
2251!--    If the difference between turbine alignment and wind direction exceeds
2252!--    5°, the turbine is yawed. The mechanism stops as soon as the 2s-running
2253!--    mean of the missalignment is smaller than 0.5°.
2254!--    Attention: If the timestep during the simulation changes significantly
2255!--    the lengths of the running means change and it does not correspond to
2256!--    30s/2s anymore.
2257!--    ! Needs to be modified for these situations !
2258!--    For wind from the east, the averaging of the wind direction could cause
2259!--    problems and the yaw controller is probably flawed. -> Routine for
2260!--    averaging needs to be improved!
2261!
2262!--    Check if turbine is not yawing
2263       IF ( .NOT. doyaw(inot) )  THEN
2264!
2265!--       Write current wind direction into array
2266          wd30_l    = wd30(inot,:)
2267          wd30_l    = CSHIFT( wd30_l, SHIFT=-1 )
2268          wd30_l(1) = wdir(inot)
2269!
2270!--       Check if array is full ( no more dummies )
2271          IF ( .NOT. ANY( wd30_l == 999.) ) THEN
2272
2273             missal = SUM( wd30_l ) / SIZE( wd30_l ) - phi_yaw(inot)
2274!
2275!--          Check if turbine is missaligned by more than max_miss
2276             IF ( ABS( missal ) > max_miss )  THEN
2277!
2278!--             Check in which direction to yaw         
2279                yawdir(inot) = SIGN( 1.0_wp, missal )
2280!
2281!--             Start yawing of turbine
2282                phi_yaw(inot) = phi_yaw(inot) + yawdir(inot) * yaw_speed * dt_3d
2283                doyaw(inot) = .TRUE.
2284                wd30_l = 999.  ! fill with dummies again
2285             ENDIF
2286          ENDIF
2287         
2288          wd30(inot,:) = wd30_l
2289
2290!     
2291!--    If turbine is already yawing:
2292!--    Initialize 2 s running mean and yaw until the missalignment is smaller
2293!--    than min_miss
2294
2295       ELSE
2296!
2297!--       Initialize 2 s running mean
2298          wd2_l = wd2(inot,:)
2299          wd2_l = CSHIFT( wd2_l, SHIFT = -1 )
2300          wd2_l(1) = wdir(inot)
2301!     
2302!--       Check if array is full ( no more dummies )
2303          IF ( .NOT. ANY( wd2_l == 999.0_wp ) ) THEN
2304!
2305!--          Calculate missalignment of turbine       
2306             missal = SUM( wd2_l - phi_yaw(inot) ) / SIZE( wd2_l )
2307!
2308!--          Check if missalignment is still larger than 0.5 degree and if the
2309!--          yaw direction is still right
2310             IF ( ( ABS( missal ) > min_miss )  .AND.                          &
2311                  ( yawdir(inot) == SIGN( 1.0_wp, missal ) ) )  THEN
2312!
2313!--             Continue yawing       
2314                phi_yaw(inot) = phi_yaw(inot) + yawdir(inot) * yaw_speed * dt_3d
2315             ELSE
2316!
2317!--             Stop yawing       
2318                doyaw(inot) = .FALSE.
2319                wd2_l = 999.0_wp ! fill with dummies again
2320             ENDIF
2321          ELSE
2322!
2323!--          Continue yawing
2324             phi_yaw(inot) = phi_yaw(inot) + yawdir(inot) * yaw_speed * dt_3d
2325          ENDIF
2326     
2327          wd2(inot,:) = wd2_l
2328           
2329       ENDIF
2330     
2331    END SUBROUTINE wtm_yawcontrol
2332
2333
2334!------------------------------------------------------------------------------!
2335! Description:
2336! ------------
2337!> Initialization of the speed control
2338!------------------------------------------------------------------------------!
2339    SUBROUTINE wtm_init_speed_control
2340
2341
2342       IMPLICIT NONE
2343
2344!
2345!--    If speed control is set, remaining variables and control_parameters for
2346!--    the control algorithm are calculated
2347!
2348!--    Calculate slope constant for region 15
2349       slope15   = ( slope2 * min_reg2 * min_reg2 ) / ( min_reg2 - min_reg15 )
2350!
2351!--    Calculate upper limit of slipage region
2352       vs_sysp   = rated_genspeed / 1.1_wp
2353!
2354!--    Calculate slope of slipage region
2355       slope25   = ( rated_power / rated_genspeed ) /                          &
2356                   ( rated_genspeed - vs_sysp )
2357!
2358!--    Calculate lower limit of slipage region
2359       min_reg25 = ( slope25 - SQRT( slope25 * ( slope25 - 4.0_wp *            &
2360                                                 slope2 * vs_sysp ) ) ) /      &
2361                   ( 2.0_wp * slope2 ) 
2362!
2363!--    Frequency for the simple low pass filter
2364       Fcorner   = 0.25_wp
2365!
2366!--    At the first timestep the torque is set to its maximum to prevent
2367!--    an overspeeding of the rotor
2368       torque_gen_old(:) = max_torque_gen 
2369     
2370    END SUBROUTINE wtm_init_speed_control
2371
2372
2373!------------------------------------------------------------------------------!
2374! Description:
2375! ------------
2376!> Simple controller for the regulation of the rotor speed
2377!------------------------------------------------------------------------------!
2378    SUBROUTINE wtm_speed_control( inot )
2379
2380
2381       IMPLICIT NONE
2382
2383       INTEGER(iwp)             :: inot
2384       
2385         
2386
2387!
2388!--    The controller is based on the fortran script from Jonkman
2389!--    et al. 2009 "Definition of a 5 MW Reference Wind Turbine for
2390!--    offshore system developement"
2391
2392!
2393!--    The generator speed is filtered by a low pass filter
2394!--    for the control of the generator torque       
2395       lp_coeff = EXP( -2.0_wp * 3.14_wp * dt_3d * Fcorner )
2396       omega_gen_f(inot) = ( 1.0_wp - lp_coeff ) * omega_gen(inot) + lp_coeff *&
2397                           omega_gen_f_old(inot)
2398
2399       IF ( omega_gen_f(inot) <= min_reg15 )  THEN
2400!                       
2401!--       Region 1: Generator torque is set to zero to accelerate the rotor:
2402          torque_gen(inot) = 0
2403       
2404       ELSEIF ( omega_gen_f(inot) <= min_reg2 )  THEN
2405!                       
2406!--       Region 1.5: Generator torque is increasing linearly with rotor speed:
2407          torque_gen(inot) = slope15 * ( omega_gen_f(inot) - min_reg15 )
2408                         
2409       ELSEIF ( omega_gen_f(inot) <= min_reg25 )  THEN
2410!
2411!--       Region 2: Generator torque is increased by the square of the generator
2412!--                 speed to keep the TSR optimal:
2413          torque_gen(inot) = slope2 * omega_gen_f(inot) * omega_gen_f(inot)
2414       
2415       ELSEIF ( omega_gen_f(inot) < rated_genspeed )  THEN
2416!                       
2417!--       Region 2.5: Slipage region between 2 and 3:
2418          torque_gen(inot) = slope25 * ( omega_gen_f(inot) - vs_sysp )
2419       
2420       ELSE
2421!                       
2422!--       Region 3: Generator torque is antiproportional to the rotor speed to
2423!--                 keep the power constant:
2424          torque_gen(inot) = rated_power / omega_gen_f(inot)
2425       
2426       ENDIF
2427!                       
2428!--    Calculate torque rate and confine with a max
2429       trq_rate = ( torque_gen(inot) - torque_gen_old(inot) ) / dt_3d
2430       trq_rate = MIN( MAX( trq_rate, -1.0_wp * max_trq_rate ), max_trq_rate )
2431!                       
2432!--    Calculate new gen torque and confine with max torque                         
2433       torque_gen(inot) = torque_gen_old(inot) + trq_rate * dt_3d
2434       torque_gen(inot) = MIN( torque_gen(inot), max_torque_gen )                                             
2435!
2436!--    Overwrite values for next timestep                       
2437       omega_rot_l(inot) = omega_gen(inot) / gear_ratio
2438
2439   
2440    END SUBROUTINE wtm_speed_control   
2441
2442
2443!------------------------------------------------------------------------------!
2444! Description:
2445! ------------
2446!> Application of the additional forces generated by the wind turbine on the
2447!> flow components (tendency terms)
2448!> Call for all grid points
2449!------------------------------------------------------------------------------!
2450    SUBROUTINE wtm_tendencies( component )
2451
2452   
2453       IMPLICIT NONE
2454
2455       INTEGER(iwp) ::  component   !< prognostic variable (u,v,w)
2456       INTEGER(iwp) ::  i           !< running index
2457       INTEGER(iwp) ::  j           !< running index
2458       INTEGER(iwp) ::  k           !< running index
2459
2460
2461       SELECT CASE ( component )
2462
2463       CASE ( 1 )
2464!
2465!--       Apply the x-component of the force to the u-component of the flow:
2466          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2467             DO  i = nxlg, nxrg
2468                DO  j = nysg, nyng
2469                   DO  k = nzb+1, MAXVAL(k_hub) + MAXVAL(k_smear)
2470!
2471!--                   Calculate the thrust generated by the nacelle and the tower
2472                      tend_nac_x = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *               &
2473                                      SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) )     
2474                      tend_tow_x   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *             &
2475                                         SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) ) 
2476                                               
2477                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_x(k,j,i)        &
2478                                  - tend_nac_x - tend_tow_x )                  &
2479                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2480                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
2481                   ENDDO
2482                ENDDO
2483             ENDDO
2484          ENDIF
2485
2486       CASE ( 2 )
2487!
2488!--       Apply the y-component of the force to the v-component of the flow:
2489          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2490             DO  i = nxlg, nxrg
2491                DO  j = nysg, nyng
2492                   DO  k = nzb+1, MAXVAL(k_hub) + MAXVAL(k_smear)
2493                      tend_nac_y = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *               &
2494                                         SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )     
2495                      tend_tow_y   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *             &
2496                                         SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )                     
2497                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_y(k,j,i)        &
2498                                  - tend_nac_y - tend_tow_y )                  &
2499                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2500                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
2501                   ENDDO
2502                ENDDO
2503             ENDDO
2504          ENDIF
2505
2506       CASE ( 3 )
2507!
2508!--       Apply the z-component of the force to the w-component of the flow:
2509          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2510             DO  i = nxlg, nxrg
2511                DO  j = nysg, nyng
2512                   DO  k = nzb+1,  MAXVAL(k_hub) + MAXVAL(k_smear)
2513                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - rot_tend_z(k,j,i)            &
2514                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2515                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
2516                   ENDDO
2517                ENDDO
2518             ENDDO
2519          ENDIF
2520
2521
2522       CASE DEFAULT
2523
2524          WRITE( message_string, * ) 'unknown prognostic variable: ', component
2525          CALL message( 'wtm_tendencies', 'PA04??', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
2526
2527       END SELECT
2528
2529
2530    END SUBROUTINE wtm_tendencies
2531
2532
2533!------------------------------------------------------------------------------!
2534! Description:
2535! ------------
2536!> Application of the additional forces generated by the wind turbine on the
2537!> flow components (tendency terms)
2538!> Call for grid point i,j
2539!------------------------------------------------------------------------------!
2540    SUBROUTINE wtm_tendencies_ij( i, j, component )
2541
2542
2543       IMPLICIT NONE
2544
2545       INTEGER(iwp) ::  component   !< prognostic variable (u,v,w)
2546       INTEGER(iwp) ::  i           !< running index
2547       INTEGER(iwp) ::  j           !< running index
2548       INTEGER(iwp) ::  k           !< running index
2549
2550       SELECT CASE ( component )
2551
2552       CASE ( 1 )
2553!
2554!--       Apply the x-component of the force to the u-component of the flow:
2555          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2556             DO  k = nzb+1,  MAXVAL(k_hub) + MAXVAL(k_smear)
2557!
2558!--             Calculate the thrust generated by the nacelle and the tower
2559                tend_nac_x = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *                     &
2560                                   SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) )     
2561                tend_tow_x   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *                   &
2562                                   SIGN( u(k,j,i)**2 , u(k,j,i) ) 
2563                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_x(k,j,i)              &
2564                            - tend_nac_x - tend_tow_x )                        &
2565                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2566                                            BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
2567             ENDDO
2568          ENDIF
2569
2570       CASE ( 2 )
2571!
2572!--       Apply the y-component of the force to the v-component of the flow:
2573          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2574             DO  k = nzb+1,  MAXVAL(k_hub) + MAXVAL(k_smear)
2575                tend_nac_y = 0.5_wp * nac_cd_surf(k,j,i) *                     &
2576                                   SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )     
2577                tend_tow_y   = 0.5_wp * tow_cd_surf(k,j,i) *                   &
2578                                   SIGN( v(k,j,i)**2 , v(k,j,i) )                     
2579                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - rot_tend_y(k,j,i)              &
2580                            - tend_nac_y - tend_tow_y )                        &
2581                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2582                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
2583                ENDDO
2584          ENDIF
2585
2586       CASE ( 3 )
2587!
2588!--       Apply the z-component of the force to the w-component of the flow:
2589          IF ( simulated_time >= time_turbine_on )  THEN
2590             DO  k = nzb+1,  MAXVAL(k_hub) + MAXVAL(k_smear)
2591                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - rot_tend_z(k,j,i)                  &
2592                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                 &
2593                                               BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
2594             ENDDO
2595          ENDIF
2596
2597
2598       CASE DEFAULT
2599
2600          WRITE( message_string, * ) 'unknown prognostic variable: ', component
2601          CALL message( 'wtm_tendencies', 'PA04??', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
2602
2603       END SELECT
2604
2605
2606    END SUBROUTINE wtm_tendencies_ij
2607
2608 END MODULE wind_turbine_model_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.