<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" xml:lang="en" dtd-version="3.0">
  <front>
    <journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher">WES</journal-id><journal-title-group>
    <journal-title>Wind Energy Science</journal-title>
    <abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">WES</abbrev-journal-title><abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Wind Energ. Sci.</abbrev-journal-title>
  </journal-title-group><issn pub-type="epub">2366-7451</issn><publisher>
    <publisher-name>Copernicus Publications</publisher-name>
    <publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
  </publisher></journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/wes-3-75-2018</article-id><title-group><article-title>A control-oriented dynamic wind farm model: WFSim</article-title>
      </title-group><?xmltex \runningtitle{WFSim}?><?xmltex \runningauthor{S.~Boersma et~al.}?>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1">
          <name><surname>Boersma</surname><given-names>Sjoerd</given-names></name>
          <email>s.boersma@tudelft.nl</email>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Doekemeijer</surname><given-names>Bart</given-names></name>
          
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0003-2757-1615</ext-link></contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff2">
          <name><surname>Vali</surname><given-names>Mehdi</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff3">
          <name><surname>Meyers</surname><given-names>Johan</given-names></name>
          
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0002-2828-4397</ext-link></contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>van Wingerden</surname><given-names>Jan-Willem</given-names></name>
          
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0003-3061-7442</ext-link></contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label><institution>Delft University of Technology, Delft Center for Systems and Control,<?xmltex \hack{\break}?> Mekelweg 2, 2628 CC, Delft, the Netherlands</institution>
        </aff>
        <aff id="aff2"><label>2</label><institution>Wind Energy System Research Group, ForWind, Küpkersweg 70, 26129 Oldenburg, Germany</institution>
        </aff>
        <aff id="aff3"><label>3</label><institution>KU Leuven, Department of Mechanical Engineering, Celestijnenlaan 300A, B3001 Leuven, Belgium</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">Sjoerd Boersma (s.boersma@tudelft.nl)</corresp></author-notes><pub-date><day>6</day><month>March</month><year>2018</year></pub-date>
      
      <volume>3</volume>
      <issue>1</issue>
      <fpage>75</fpage><lpage>95</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>3</day><month>October</month><year>2017</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>6</day><month>February</month><year>2018</year></date>
           <date date-type="rev-recd"><day>20</day><month>January</month><year>2018</year></date>
           <date date-type="rev-request"><day>17</day><month>October</month><year>2017</year></date>
      </history>
      <permissions>
        
        
      <license license-type="open-access"><license-p>This work is licensed under the Creative Commons Attribution 4.0 International License. To view a copy of this licence, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link></license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018.html">This article is available from https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018.html</self-uri><self-uri xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018.pdf</self-uri>
      <abstract>
    <p id="d1e130">Wind turbines are often sited together in wind farms as it is
economically advantageous. Controlling the flow within wind farms to
reduce the fatigue loads, maximize energy production and provide
ancillary services is a challenging control problem due to the
underlying time-varying non-linear wake dynamics. In this paper, we
present a control-oriented dynamical wind farm model called the
WindFarmSimulator (WFSim) that can be used in closed-loop wind farm
control algorithms. The three-dimensional Navier–Stokes equations were
the starting point for deriving the control-oriented dynamic wind farm
model. Then, in order to reduce computational complexity, terms
involving the vertical dimension were either neglected or estimated in
order to partially compensate for neglecting the vertical
dimension. Sparsity of and structure in the system matrices make this
model relatively computationally inexpensive. We showed that by taking the
vertical dimension partially into account, the estimation of flow data
generated with a high-fidelity wind farm model is improved relative to
when the vertical dimension is completely neglected in WFSim. Moreover,
we showed that, for the study cases considered in this work, WFSim is
potentially fast enough to be used in an online closed-loop control
framework including model parameter updates. Finally we showed that the
proposed wind farm model is able to estimate flow and power signals
generated by two different 3-D high-fidelity wind farm models.</p>
  </abstract>
    </article-meta>
  </front>
<body>
      

      <?xmltex \hack{\allowdisplaybreaks}?>
<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <title>Introduction</title>
      <p id="d1e142">Optimizing the control of wind turbines in a farm is challenging due
to the aerodynamic interactions among turbines. These interactions
come from the fact that downwind turbines are often operating in the
wakes of upwind ones <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx4" id="paren.1"/>. Two important wake
characteristics are (1) a flow velocity deficit and (2) an increase
in turbulence intensity. The former reduces power production of the
farm while the latter leads to a higher dynamic loading on downstream
turbines but also induces wake recovery. Individual turbine control
variables can influence the wake's flow velocity, turbulence intensity
and also location. Hence, by changing the control variables of
individual turbines, power production of and loading on these
controlled turbines and the downwind turbines can be manipulated. Wind
farm control aims to find control variables under changing atmospheric
conditions such that demanded power production and/or a minimization
of the loading can be guaranteed, improving the cost and quality of
wind energy. State-of-the-art closed-loop dynamic wind farm
controllers are based on computationally expensive wind farm models,
which make these methods suitable for analysis though unsuitable for
online control. The latter is important because it allows for model
adaptation to the time-varying atmospheric conditions using supervisory control and data acquisition
(SCADA)
measurements. As a consequence, more reliable control settings can be
evaluated. A survey on wind farm control can be found in Knudsen et al. (2015) and Boersma et al. (2017), for example. In the latter, a clear
distinction is made between model-based and model-free control
algorithms. This paper is focussed on the former in which it is
assumed that controllers are based on a mathematical model of the
system. Consequently, the controller performance depends highly on<?pagebreak page76?> the
model quality. Modelling is therefore a crucial step towards
successful implementation of model-based wind farm control.</p>
      <p id="d1e148">Overviews on wind farm models can be found
in Crespo et al. (1999), Vermeer et al. (2003), Sanderse (2009),
Sanderse et al. (2011), Annoni et al. (2014), Göçmen at al. (2016) and Boersma et al. (2017). The
spectrum of these models ranges from low fidelity to high
fidelity.
The latter tries to capture relatively precise wind farm
flow and turbine dynamics, while the former tries to capture only the
dominant characteristics (dynamic or static) in a wind farm. Examples
of high-fidelity wind farm models are Simulator fOr Wind Farm
Applications (SOWFA) <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx8" id="paren.2"/>, UTD Wind
Farm (UTDWF) <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx29" id="paren.3"/>, SP-Wind <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx31" id="paren.4"/> and
PArallelized LES Model (PALM) <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx28" id="paren.5"/>. These three dimensional
(3-D) high-fidelity wind farm models can easily have <inline-formula><mml:math id="M1" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or more
states. The resulting computation time can be of the order of days or
weeks using distributed computation for simulation times less than the
computation time. In other words, the computation time needed for large-eddy simulations
(LESs)
is in general more than the total time that is simulated. Clearly,
these types of models are not applicable for online model-based
control. Rather, these models serve as analysis or validation tools.</p>
      <p id="d1e174">One way to reduce the high complexity of wake modelling is by using
two-dimensional (2-D) heuristic models that only capture specific wake
and turbine characteristics in a wind farm in the horizontal plane at
hub height. These types of models are found on the low-fidelity side of
the spectrum. Most of these wake models exclusively estimate a steady
state situation for given atmospheric conditions. Examples of static
models are the Frandsen model <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="paren.6"/> and the Jensen–Park
model <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx21 bib1.bibx25" id="paren.7"/>.
One extension of the Jensen model
resulted in the parametric model called FLOw Redirection and Induction
in Steady-state (FLORIS) <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx15" id="paren.8"/>. Two examples of low-fidelity
dynamic models are SimWindFarm <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx19" id="paren.9"/> and the
model used in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx39" id="text.10"/>, in which relatively simple
approximations of the flow deficit are computed using heuristic
expressions.</p>
      <p id="d1e192">Medium-fidelity models can be found in the middle of the spectrum as
they trade off the accuracy of high-fidelity models with the
computational complexity of low-fidelity models. These are in general
based on simplified versions of the Navier–Stokes equations. For
example, in the 2-D dynamic wake meandering (DWM) model <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx27" id="paren.11"/>,
assumptions are made regarding the thin shear layer such that the
Navier–Stokes equations can be approximated using less computational
effort. The authors in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx42" id="text.12"/> present a model, which is
also based on the thin shear layer approximation, but according to the
authors it is applicable for non-axisymmetric wind turbine wakes. WakeFarm
(also referred to as FarmFlow) simulates the wind turbine wakes by
solving the steady parabolized Navier–Stokes equations in three
dimensions <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx9 bib1.bibx33" id="paren.13"/>. Other wind farm models
based on the 3-D Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equations
are Avila et al. (2013) and van der Laan et al. (2015). In <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="text.14"/>, time
averaging is applied to the Navier–Stokes equations, resulting in the
2-D RANS equations. The number of states is then reduced by employing
a state reduction technique.</p>
      <p id="d1e208">Also considered as medium-fidelity models are the ones presented
in Boersma et al. (2016b) and Soleimanzadeh et al. (2014). These wind farm models are
based on the discretized 2-D Navier–Stokes equations. However, these
models do not contain a turbulence model that allows for wake
recovery. In addition, these 2-D models do not take any neglected 3-D
effects into account and no yaw actuation of the individual turbines
is included.</p>
      <p id="d1e211">In this paper, a model will be presented that can be considered as
a building block for the closed-loop control framework as illustrated
in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page77?><fig id="Ch1.F1" specific-use="star"><caption><p id="d1e218">General dynamical closed-loop control framework with measurements <inline-formula><mml:math id="M2" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
and its estimation <inline-formula><mml:math id="M3" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and state estimation <inline-formula><mml:math id="M4" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
The signals <inline-formula><mml:math id="M5" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M6" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are reference and control signals, respectively.
In this paper we present a dynamic model that is compatible with this framework.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=369.885827pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f01.pdf"/>

      </fig>

      <p id="d1e288">In current practice, signals such as power can be measured from a wind
farm, but current research is also focussing on estimating wake
characteristics using a lidar device <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx35" id="paren.15"/>. These and
other wind farm measurements are called SCADA data and can be used by
an estimator that is able to adapt the model parameters to current
atmospheric conditions and/or estimate the full state space, e.g.
all the flow velocities at hub height in the farm. The work presented
in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx11" id="text.16"/> illustrates the latter and employs the
dynamic wind farm model presented in this paper. Subsequently, the
estimation can then be used to compute optimal control variables using
a model predictive controller. The work presented in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx43" id="text.17"/>
illustrates the application of such a model predictive wind farm
controller using the dynamic model presented in this work.</p>
      <p id="d1e300">The online closed-loop control paradigm as depicted in
Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/> demands a control-oriented dynamic
wind farm model that will be presented in this paper. Characteristics
of such control-oriented models are
<list list-type="order"><list-item>
      <p id="d1e307">low computational cost such that online model update, state estimation and control signal evaluation is
possible;</p></list-item><list-item>
      <p id="d1e311">their dynamical nature such that they
can deal with varying atmospheric conditions within relatively small
timescales.</p></list-item></list>
The dynamic control-oriented wind farm model presented in this paper,
referred to as WindFarmSimulator (WFSim), is applicable in the
framework discussed above and satisfies the two points above. It is
based on corrected 2-D Navier–Stokes equations and contains
a heuristic turbulence model. The Navier–Stokes equations are
modified in order to partially correct for the neglected vertical
dimension. Each turbine is modelled using the actuator disk
model (ADM) and features yaw and axial induction actuation. An
important model feature is the exploitation of the sparse system
matrices, leading to computational efficiency. WFSim will be compared
to high-fidelity flow data and used in a practical control
application.</p>
      <p id="d1e316">The remainder of this paper is organized as follows. In
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2"/>, the mathematical background of the medium-fidelity wind farm model will be explained including a discussion on
the rotor and turbulence model. This section ends with an analysis
regarding the wind farm model's computation time. In
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3"/>, WFSim will be validated in two cases
using flow velocities in the longitudinal and lateral directions at
hub height and turbine power signals computed with two different LES-based wind farm models. The first case considered is a two-turbine
wind farm with turbines modelled using the ADM. The second case is
a nine-turbine wind farm with turbines modelled employing Fatigue,
Aerodynamics, Structures and Turbulence
(FAST) <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx23" id="paren.18"/>. This paper is concluded in
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S4"/>.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <title>Formulation of a dynamic control-oriented wind farm model</title>
      <p id="d1e334">In the current section, a simplified wind farm model is formulated
that is sufficiently fast for online control but retains some of the
elemental features of three-dimensional turbulent flows. In order for
the model to be fast, we envisage a 2-D-like model, but adapted to
account for three-dimensional flow relaxation. We will dub the
resulting model WFSim (WindFarmSimulator).</p>
      <p id="d1e337">As a starting point we use the standard incompressible three-dimensional filtered Navier–Stokes equations,
as used in LES,
i.e.
<?xmltex \hack{\newpage}?>

              <disp-formula id="Ch1.E1" content-type="numbered"><mml:math id="M7" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mtext>momentum equation</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mtext>continuity equation</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        The velocity field
<inline-formula><mml:math id="M8" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
and pressure field <inline-formula><mml:math id="M9" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> represent filtered variables;
<inline-formula><mml:math id="M10" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; the air density <inline-formula><mml:math id="M11" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which is assumed to be constant; and
<inline-formula><mml:math id="M12" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the subgrid-scale model, which will be
defined in Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS1"/>. As is common in LESs of
high-Reynolds-number atmospheric simulations with grid resolutions in
the metre
range, direct effects of viscous stresses on the filtered
fields are negligible, so that these terms are left out. Finally, the
term <inline-formula><mml:math id="M13" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the effect of turbines on the flow, as
further detailed in Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS2"/>.</p>
      <?pagebreak page78?><p id="d1e595">Although LES filters are usually implicitly tied to the LES grid and
filter length scale in the subgrid-scale model, we presume here that
<inline-formula><mml:math id="M14" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> corresponds to a top-hat filtered velocity
field, with filter width <inline-formula><mml:math id="M15" display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M16" display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the turbine diameter. Thus,

              <disp-formula id="Ch1.E2" content-type="numbered"><mml:math id="M17" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        From a wind farm simulation perspective, we are mainly interested in
the flow velocity field at hub height <inline-formula><mml:math id="M18" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, i.e.
<inline-formula><mml:math id="M19" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Moreover, to evaluate turbine forces
and power, it suffices to know the velocity at turbine locations
<inline-formula><mml:math id="M20" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (with <inline-formula><mml:math id="M21" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">⋯</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ℵ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M22" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">ℵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> the
number of turbines in the farm) since
<inline-formula><mml:math id="M23" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a reasonable representation of
the turbine disk-averaged velocity.</p>
      <p id="d1e919">Therefore, we focus on formulating a 2-D-like set of equations for
<inline-formula><mml:math id="M24" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. To this end, we define

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M25" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E3"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E4"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          and <inline-formula><mml:math id="M26" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M27" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Moreover, we assume that
<inline-formula><mml:math id="M28" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, so that the LES equations given in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E1"/>) can
be reformulated in terms of <inline-formula><mml:math id="M29" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:math></inline-formula> as

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M30" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E5"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E6"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          with <inline-formula><mml:math id="M31" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M32" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> a 2-D tensor containing the
horizontal components of the subgrid stresses
<inline-formula><mml:math id="M33" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M34" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M35" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the unit
vectors in the <inline-formula><mml:math id="M36" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M37" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> directions, respectively.</p>
      <p id="d1e1436">Finally, we further simplify the equations above using two additional
assumptions. First of all, we presume <inline-formula><mml:math id="M38" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. When centred at the turbine axis, this is one
of the conditions required for axial symmetry, though axial symmetry
also requires further conditions on <inline-formula><mml:math id="M39" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M40" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which are not imposed. In general, <inline-formula><mml:math id="M41" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies equal
divergence–convergence of streamlines in <inline-formula><mml:math id="M42" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M43" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> directions. Although this is a very simple condition, we presume it
to be good enough to resolve the lack of relaxation of purely 2-D
models. If necessary, a more general form (<inline-formula><mml:math id="M44" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M45" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), with <inline-formula><mml:math id="M46" display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula>
a tuning parameter (e.g. obtained through state estimation) could
be considered, but results in the current work indicate that this may
not be necessary. Secondly, we simply neglect the right-hand side of
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>). Though this is a rather crude
assumption, the rationale is that the modelling term
<inline-formula><mml:math id="M47" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will suffice in the context of
a control model, where model coefficients can be updated online based
on feedback (see also the discussion in
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS1"/>). Hence our final 2-D-like model
corresponds to

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M48" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E7"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E8"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          We emphasize here that the model above is not a classical 2-D model due to
the difference in formulation of the continuity equation. In contrast
to a standard 2-D model, this allows for flow relaxation in the third
direction when, for example, encountering slow down by a wind turbine. This
can be seen in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F2"/>, in which simulation results obtained with the model above, a standard 2-D dynamic wind farm
model and LES are shown. The simulation case itself will be discussed in more
detail in Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS2.SSS1"/>. Here we depict the normalized flow
deficit in the wake at <inline-formula><mml:math id="M49" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> downstream of the turbine along the
cross-stream axis. The figure illustrates that the standard 2-D
Navier–Stokes equations lead to a significant speed up at the wake
edges. This is a result from conservation of mass in two dimensions
and the flow deceleration in front of the turbine, pushing part of the
air around the turbine. In the WFSim model, this speed up is smaller,
as mass can also flow around the turbine in the third dimension. In
Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F2"/> it can be seen that LES data are better
estimated when imposing flow relaxation in the third
dimension. Finally, note that partially modelling the missing vertical
dimension as proposed above is novel with respect to the work
presented in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5" id="text.19"/>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F2"><caption><p id="d1e1741">Results of two-turbine simulations. Normalized time-averaged wake deficit at hub height
<inline-formula><mml:math id="M50" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> downwind from the downwind turbine using standard 2-D Navier–Stokes equations (red crossed),
our model with the adapted continuity equation (blue), and LES data (black dashed).</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=227.622047pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f02.pdf"/>

      </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F3" specific-use="star"><caption><p id="d1e1762">Schematic illustration of the mixing length.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=426.791339pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f03.pdf"/>

      </fig>

      <p id="d1e1771">This section is further organized as follows. First, in
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS1"/>, the subgrid-scale model will be
introduced. Then, in Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS2"/>, the turbine model will
be explained. The discretization of the equations is presented in
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS4"/>, and boundary and initial conditions
are discussed in Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS5"/>.</p>
<sec id="Ch1.S2.SS1">
  <title>Turbulence model</title>
      <p id="d1e1787">In the literature, many subgrid-scale models are documented, and to
date, model accuracy remains a challenge in LES research (see e.g.
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx36" id="altparen.20"/>). However, in the current paper, an important
factor in the selection of a model is simplicity and computational
efficiency, rather than accuracy. In fact, in contrast to conventional
modelling, in a control-oriented model completeness of the turbulence
model is not a major issue since unknown model coefficients can be
calibrated online using measurements and
feedback <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx40" id="paren.21"/>, thus also controlling the overall
error. Therefore, in this work we fall back to one of the simplest and
first known turbulence models, Prandtl's mixing length model.</p>
      <?pagebreak page79?><p id="d1e1796">We formulate the stress tensor <inline-formula><mml:math id="M51" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using
an eddy-viscosity assumption, i.e.

                <disp-formula id="Ch1.E9" content-type="numbered"><mml:math id="M52" display="block"><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          with <inline-formula><mml:math id="M53" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the 2-D rate-of-strain
tensor, and <inline-formula><mml:math id="M54" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the eddy viscosity. The latter is further modelled
as in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx34" id="text.22"/>:

                <disp-formula id="Ch1.E10" content-type="numbered"><mml:math id="M55" display="block"><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          where <inline-formula><mml:math id="M56" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the mixing length. It could be interesting to
define the mixing length for each position in the wind farm
separately, but this will lead to too many tuning variables. Moreover,
in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx20" id="text.23"/>, the authors illustrate that in a turbine's near
wake the mixing length is roughly invariant for different downstream
locations, but in the far wake, the mixing length increases linearly
with downstream distance. We use this to formulate a simple heuristic
parametrization for the mixing length model so that the number of
decision variables will be reduced drastically. From now on we assume
that the wind is coming from the east, but can have a direction
defined by <inline-formula><mml:math id="M57" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Then, the wind farm will be divided in segments
as illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F3"/>.</p>
      <p id="d1e1976">Each segments has its own <inline-formula><mml:math id="M58" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> coordinate system located in the global <inline-formula><mml:math id="M59" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> coordinate system. Now we propose the following mixing length parametrization:

                <disp-formula id="Ch1.E11" content-type="numbered"><mml:math id="M60" display="block"><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" class="cases" columnalign="left left" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if </mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi><mml:mtext> and </mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">Y</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>otherwise</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          with <inline-formula><mml:math id="M61" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> a (smoothing) pillbox filter with radius <inline-formula><mml:math id="M62" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M63" display="inline"><mml:mo>*</mml:mo></mml:math></inline-formula> the
2-D spatial convolution operator, <inline-formula><mml:math id="M64" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M65" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M66" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:math></inline-formula> defined as the
mean wind direction (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F3"/>), which we
bound by <inline-formula><mml:math id="M67" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">45</mml:mn><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in this work. In addition we constraint <inline-formula><mml:math id="M68" display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> by
<inline-formula><mml:math id="M69" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math id="M70" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> a turbine <inline-formula><mml:math id="M71" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> coordinate
and <inline-formula><mml:math id="M72" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> its downwind turbines <inline-formula><mml:math id="M73" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> coordinate. We can see
<inline-formula><mml:math id="M74" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as the local mixing length that belongs to turbine
<inline-formula><mml:math id="M75" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> and denote it as

                <disp-formula id="Ch1.E12" content-type="numbered"><mml:math id="M76" display="block"><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable class="cases" columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" columnalign="left left" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if </mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mtext> and </mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">Y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>otherwise</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          with <inline-formula><mml:math id="M77" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M78" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">Y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and tuning parameter
<inline-formula><mml:math id="M79" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that defines the slope of the (linearly increasing) local mixing
length parameter. In fact, this parameter could be related to
turbulence intensity, i.e., the amount of wake recovery. In this
work we will not investigate this relation further. With the
formulation above, the number of tuning variables that belong to the
turbulence model <inline-formula><mml:math id="M80" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is reduced to <inline-formula><mml:math id="M81" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">ℵ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Additionally,
we assume that <inline-formula><mml:math id="M82" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M83" display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M84" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are equal for each turbine in the
farm, which reduces the number of tuning variables that belong to the
turbulence model to three, a quantity that could be dealt with by an
online estimator. However, in order to have only three tuning variables,
the included turbulence model is defined as a simplified mixing length
model found heuristically using and adapting information
from <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx20" id="text.24"/>.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS2">
  <title>Turbine model</title>
      <p id="d1e2768">Turbines are modelled using a classical non-rotating actuator disk model (ADM).
In this method, each wind turbine is represented by a uniformly distributed force
acting on the grid points where the rotor disk is located. Figure <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F4"/>
depicts a schematic top-view representation of a turbine with yaw angle <inline-formula><mml:math id="M85" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <?pagebreak page80?><p id="d1e2780">Using such an approach, the force exerted by the turbines can be expressed as

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M86" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ℵ</mml:mi></mml:munderover><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mtext>with</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mo>]</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E13"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>⟂</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            with <inline-formula><mml:math id="M87" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, H<inline-formula><mml:math id="M88" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the Heaviside function and
<inline-formula><mml:math id="M89" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the Dirac delta function, <inline-formula><mml:math id="M90" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>⟂</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the unit
vector perpendicular to the <inline-formula><mml:math id="M91" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>th rotor disk with position
<inline-formula><mml:math id="M92" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Furthermore, we have <inline-formula><mml:math id="M93" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the disk-based thrust
coefficient following <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx31" id="text.25"/>, which can be expressed in
terms of the classical thrust coefficient <inline-formula><mml:math id="M94" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using the
following relation: <inline-formula><mml:math id="M95" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math id="M96" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the
axial induction factor of the <inline-formula><mml:math id="M97" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>th turbine. Interestingly, the
coefficient <inline-formula><mml:math id="M98" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be directly related to the turbine
set point in terms of blade pitch angle and rotational speed (see,
e.g. Appendix A in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx18" id="altparen.26"/>). In the WFSim model,
<inline-formula><mml:math id="M99" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and yaw angle <inline-formula><mml:math id="M100" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are considered as the control
variables and can thus be used to regulate the wakes and hence wind
farm performance. Furthermore, the scalar <inline-formula><mml:math id="M101" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E13"/>) can be regarded as a tuning variable and will in
this work be set equal for all turbines in the farm.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F4"><caption><p id="d1e3236">Schematic representation of a turbine with yaw angle <inline-formula><mml:math id="M102" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and flow
velocity <inline-formula><mml:math id="M103" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mo>]</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mo>]</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at the rotor. Figure adapted from <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx22" id="text.27"/>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=213.395669pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f04.pdf"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F5"><caption><p id="d1e3337">One cell for the <inline-formula><mml:math id="M104" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation (grey, <inline-formula><mml:math id="M105" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), one
for the <inline-formula><mml:math id="M106" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation (yellow, <inline-formula><mml:math id="M107" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and one for the
continuity equation (pink, <inline-formula><mml:math id="M108" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). All three cells have equal dimensions and overlap.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=227.622047pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f05.pdf"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS3">
  <title>Power</title>
      <p id="d1e3414">From the resolved flow velocity components, the power generated by the
farm is computed as

                <disp-formula id="Ch1.E14" content-type="numbered"><mml:math id="M109" display="block"><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ℵ</mml:mi></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mo>]</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          It is stated in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx18" id="text.28"/> (Appendix A) that when there is no
drag and swirl is added to the wake, <inline-formula><mml:math id="M110" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Since this is
an idealized situation, a loss factor will be introduced such that
<inline-formula><mml:math id="M111" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The scalar <inline-formula><mml:math id="M112" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be seen as a tuning
variable and will be set equal for all turbines in the farm. In the power expression
above, we have the factor <inline-formula><mml:math id="M113" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with
exponent <inline-formula><mml:math id="M114" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In literature such as <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx14" id="text.29"/>
and <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx30" id="text.30"><named-content content-type="post">p. 37</named-content></xref>, for example, numerical values for the exponent
were given according to LES and wind tunnel data,
respectively. However, to date, the exact value for it is still under
research and since this is outside the scope of this study, the value
of the exponent will be 3.</p>
      <p id="d1e3598">This concludes the formulation of the WFSim model. In order to resolve
for flow velocity components and wind farm power, the governing
equations given in Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E7"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E8"/>) need to be
discretized, a topic that will be discussed in the following section.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS4">
  <title>Discretization</title>
      <p id="d1e3611">The set of equations are spatially discretized over a staggered grid
following <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx48" id="text.31"/>. This is carried out by employing the
finite volume method and the hybrid differencing scheme. Temporal
discretization is performed using the implicit method that is
unconditionally stable <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx48" id="paren.32"/>. This comes down to
deriving the integrals:

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M115" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E15"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            with <inline-formula><mml:math id="M116" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the volume of one cell (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>) and
<inline-formula><mml:math id="M117" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the sample period. One obtains, for each cell, the
following fully discretized Navier–Stokes equations (for detailed
derivation we refer to Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S1"/>):</p>
      <p id="d1e3806"><list list-type="bullet">
            <list-item>

      <?pagebreak page81?><p id="d1e3811"><inline-formula><mml:math id="M118" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation for the <inline-formula><mml:math id="M119" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>th cell (black in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>):

                      <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M120" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E16"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d1e4271"><inline-formula><mml:math id="M121" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation for the <inline-formula><mml:math id="M122" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>th cell (yellow in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>):

                      <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M123" display="block"><mml:mtable rowspacing="-1.422638pt 0ex 0ex 0ex" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E17"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d1e4729">continuity equation for the <inline-formula><mml:math id="M124" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>th cell (pink in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>):

                      <disp-formula id="Ch1.E18" content-type="numbered"><mml:math id="M125" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.5}{8.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
            </list-item>
          </list>The states
<inline-formula><mml:math id="M126" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>•</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>•</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>•</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are
defined for the time <inline-formula><mml:math id="M127" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> while the coefficients
<inline-formula><mml:math id="M128" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>•</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the forcing terms
<inline-formula><mml:math id="M129" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>•</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depend on the state at time
<inline-formula><mml:math id="M130" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Detailed definitions of these coefficients are given in
Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S1"/>, Table <xref ref-type="table" rid="App1.Ch1.T1"/>. Note the appearance of the previously explained
factor 2 (see Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E8"/>) in
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E18"/>).</p>
      <p id="d1e4962">Next, the state vectors <inline-formula><mml:math id="M131" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M132" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and control variable
vectors <inline-formula><mml:math id="M133" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M134" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at time step <inline-formula><mml:math id="M135" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> will be defined:

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M136" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable rowspacing="-0.569055pt -0.569055pt 0.2ex -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt" class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable rowspacing="-0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt" class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E19"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable rowspacing="-0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt -0.569055pt" class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ℵ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ℵ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><?xmltex \hack{$\egroup}?><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            with <inline-formula><mml:math id="M137" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M138" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the number of cells in the <inline-formula><mml:math id="M139" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M140" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> directions,
respectively, and <inline-formula><mml:math id="M141" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">ℵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> the number of turbines in the wind
farm. Each component in <inline-formula><mml:math id="M142" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M143" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M144" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents a flow
velocity and pressure at a point in the field defined by
the subscript. For clarity reasons, an example of a staggered grid is
depicted in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page82?><fig id="Ch1.F6" specific-use="star"><caption><p id="d1e5648">Example of a staggered grid with cells each having volume <inline-formula><mml:math id="M145" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In WFSim, the grid is quadrilateral.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f06.pdf"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F7"><caption><p id="d1e5670">Mean computation time per simulation time step <inline-formula><mml:math id="M146" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
vs. number of states <inline-formula><mml:math id="M147" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The red dashed line is WFSim as presented in
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E20"/>) and blue is WFSim as presented in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E21"/>).
Note that the number of cells is approximately <inline-formula><mml:math id="M148" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="M149" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the number of states.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=227.622047pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f07.pdf"/>

        </fig>

<?xmltex \floatpos{t}?><table-wrap id="Ch1.T1" specific-use="star"><caption><p id="d1e5737">Mean computation time per simulation time step <inline-formula><mml:math id="M150" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> vs. number of states <inline-formula><mml:math id="M151" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for
the WFSim representation as given in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E21"/>). Computations are performed on a regular notebook with one core.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="8">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="4" colname="col4" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="5" colname="col5" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="6" colname="col6" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="7" colname="col7" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="8" colname="col8" align="left"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row rowsep="1">  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M152" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M153" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (s)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M154" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M155" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (s)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col5"><inline-formula><mml:math id="M156" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col6"><inline-formula><mml:math id="M157" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (s)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col7"><inline-formula><mml:math id="M158" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col8"><inline-formula><mml:math id="M159" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (s)</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M160" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">0.02</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M161" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4">0.22</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col5"><inline-formula><mml:math id="M162" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">115</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col6">1.19</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col7"><inline-formula><mml:math id="M163" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">239</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col8">3.1</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M164" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">0.04</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M165" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">43</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4">0.37</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col5"><inline-formula><mml:math id="M166" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">147</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col6">1.66</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col7"><inline-formula><mml:math id="M167" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">258</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col8">3.5</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M168" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">0.06</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M169" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">64</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4">0.60</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col5"><inline-formula><mml:math id="M170" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">182</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col6">2.12</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col7"><inline-formula><mml:math id="M171" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">268</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col8">3.7</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M172" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">0.10</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M173" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">88</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4">0.88</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col5"><inline-formula><mml:math id="M174" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">221</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col6">2.50</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col7"><inline-formula><mml:math id="M175" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">276</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col8">3.8</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap>

</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS5">
  <title>Boundary and initial conditions</title>
      <p id="d1e6232">All the components that are not contained in the vector, <inline-formula><mml:math id="M176" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M177" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, but do appear in the staggered grid need to be defined. For the
flow velocity components, first-order conditions on the west side of
the grid are prescribed assuming the wind is coming from the
east. These Dirichlet inflow boundary conditions are related to the
ambient inflow defined as <inline-formula><mml:math id="M178" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M179" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and can vary over time. Zero
stress (also referred to as Neumann) boundary conditions are
prescribed on the other boundaries. Therefore, for the flow velocity
components on the boundaries we define

                <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M180" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mtext>for </mml:mtext><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mtext>for </mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtext>for </mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtext>for </mml:mtext><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtext>for </mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtext>for </mml:mtext><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtext>for </mml:mtext><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtext>for </mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e6804">For the initial conditions, we define all longitudinal and latitudinal flow velocity components in
the field as <inline-formula><mml:math id="M181" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M182" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively, which are the boundary velocity
values. The initial pressure field is set to zero. Note that by
defining the boundary conditions as given above, the assumption is
that the wind is coming from the east in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>, which
coincides with the definition of the mixing length (see
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS1"/>). Finally, the equations given in
Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E7"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E8"/>) can be transformed to the
difference algebraic equation<fn id="Ch1.Footn1"><p id="d1e6838">This type of system can
also be referred to as a quasi-linear parameter varying model or
descriptor model.</p></fn>:

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M183" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:munder><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:munder><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E20"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:munder><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">11</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">22</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:munder><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:munder><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            with <inline-formula><mml:math id="M184" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M185" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> containing all flow
velocities in the longitudinal and lateral direction and the pressure
vector at time <inline-formula><mml:math id="M186" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> and control variable
<inline-formula><mml:math id="M187" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">ℵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The non-singular square
descriptor matrix <inline-formula><mml:math id="M188" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> contains the coefficients
<inline-formula><mml:math id="M189" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>•</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, appearing in Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E16"/>)
and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E17"/>), that depend on the state at time <inline-formula><mml:math id="M190" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The square constant
matrix <inline-formula><mml:math id="M191" display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula> solely depends on grid spacing and sample period <inline-formula><mml:math id="M192" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Note
that the state vector contains three states for every cell; hence an increase
in grid resolution results in an increase in matrix dimensions. However, the
system matrices that occur in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E20"/>) are sparse and efficient numerical solvers are available for these
types of problems. This will be demonstrated in Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS6"/>. The vector <inline-formula><mml:math id="M193" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> contains the forcing terms (turbines) and boundary conditions.</p>
      <p id="d1e7496">By defining <inline-formula><mml:math id="M194" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the
turbine positions, a wind farm topology is determined. Next, ambient
flow conditions <inline-formula><mml:math id="M195" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M196" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, tuning
parameters <inline-formula><mml:math id="M197" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the control variable <inline-formula><mml:math id="M198" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> need to
be specified. The system given in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E20"/>) is then
fully defined and can be solved.</p>

<?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page83?><table-wrap id="Ch1.T2" specific-use="star"><caption><p id="d1e7628">Summary of the WFSim simulation set-up.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="4">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="4" colname="col4" align="left"/>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Domain size <inline-formula><mml:math id="M199" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M200" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.63</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>km</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbine rotor diameter <inline-formula><mml:math id="M201" display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4">126.4 (m)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Grid size <inline-formula><mml:math id="M202" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M203" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">50</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">25</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbine arrangement</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M204" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Cell size <inline-formula><mml:math id="M205" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M206" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">40</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m<inline-formula><mml:math id="M207" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbine spacing</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M208" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Times</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M209" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.02</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (s)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Atmospheric conditions</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M210" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M211" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m s<inline-formula><mml:math id="M212" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>), <inline-formula><mml:math id="M213" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M214" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">kg</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Force and power factor</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M215" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.7</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M216" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.95</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbulence model</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M217" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">530</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M218" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">122</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m) <inline-formula><mml:math id="M219" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.06</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page84?><fig id="Ch1.F8" specific-use="star"><caption><p id="d1e8012">Excitation signals for the two-turbine simulation case. The yaw angles are set to zero.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=315.825591pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f08.pdf"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F9"><caption><p id="d1e8023">Mean flow centreline at four time instances through the farm. The vertical red dashed lines indicate the positions of the turbines.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f09.pdf"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F10" specific-use="star"><caption><p id="d1e8034">Wind farm power from PALM (blue dashed) and WFSim (black).</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=312.980315pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f10.pdf"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS6">
  <title>Computation time</title>
      <p id="d1e8049">When discretizing partial differential equations, a trade-off has to
be made between the computation time and grid resolution. Typically,
a higher resolution results in more precise computation of the
variables but also increasing computation time. In WFSim,
computational cost is reduced by exploiting sparsity and by applying
the reverse Cuthill–McKee algorithm <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx16" id="paren.33"/>.<fn id="Ch1.Footn2"><p id="d1e8055">The sparse
toolbox and reverse Cuthill–McKee algorithm are both utilized in
MATLAB.</p></fn> The latter is applicable due to the fact that the matrix
structure is fixed. The interested reader is referred
to <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx11" id="text.34"/> for more information on the Cuthill–McKee
algorithm in WFSim.</p>
      <p id="d1e8062">In this section, the mean computation time needed for one time step
<inline-formula><mml:math id="M220" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will be analysed. The presented results are
obtained on a regular notebook with an Intel Core i7-4600U
2.7 <inline-formula><mml:math id="M221" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">GHz</mml:mi></mml:math></inline-formula> processor employing one core and MATLAB. Since the
objective is to do online control, i.e., it is desired to reduce
computational complexity, this section introduces a second WFSim
representation. The first representation was given in
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E20"/>) while the second is defined as

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M222" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:munder><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:munder><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E21"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:munder><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">11</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">22</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:munder><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:munder><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            The difference can be found in the descriptor matrix. In the
representation above, the elements <inline-formula><mml:math id="M223" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that occur in
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E20"/>) are set to zero. This can be justified by
the fact that their contribution is negligible since these matrices
contain elements that, for our case studies, are of the order of
<inline-formula><mml:math id="M224" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> while the elements in <inline-formula><mml:math id="M225" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M226" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are of the order of <inline-formula><mml:math id="M227" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Consequently, no
significant change in the computed flow field has been observed,
but a decrease in <inline-formula><mml:math id="M228" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has (see
Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F7"/>). Therefore, the remainder of this paper will continue
with the WFSim representation given in
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E21"/>). Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/> depicts more
numerical values of <inline-formula><mml:math id="M229" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for this WFSim
representation.</p>
      <p id="d1e8630">From Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/> we can conclude that <inline-formula><mml:math id="M230" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> increases between quadratic and linear with respect
to the number of states <inline-formula><mml:math id="M231" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math id="M232" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">221</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. It depends
on the computer properties how much you can increase the number of
states until the CPU is out of memory.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <title>Simulation results</title>
      <p id="d1e8688">In this section, WFSim flow and power data will be compared with
LES data and it is organized as follows. In
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS1"/>, quality measures are introduced. In
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS2.SSS1"/>, WFSim data are compared with PALM data, and in
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS2.SSS2"/> WFSim is validated against SOWFA data. In both
simulation cases, the thrust coefficients <inline-formula><mml:math id="M233" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are varied while the
yaw angles are set to zero.</p>
<sec id="Ch1.S3.SS1">
  <title>Quality measures</title>
      <p id="d1e8715">Suppose we have at time <inline-formula><mml:math id="M234" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> a measurement of one quantity <inline-formula><mml:math id="M235" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and its estimation <inline-formula><mml:math id="M236" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Define
the prediction error <inline-formula><mml:math id="M237" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The quality measure RMSE is, for time step <inline-formula><mml:math id="M238" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, defined as

                <disp-formula id="Ch1.E22" content-type="numbered"><mml:math id="M239" display="block"><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtext>RMSE</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          This measure is used to compare the flow centreline velocity
<inline-formula><mml:math id="M240" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and power signals from LES and WFSim data for different
model parameters. The flow centreline is, for one time step, defined
as the laterally averaged longitudinal flow velocity throughout the
simulation domain across the rotor diameter. Mathematically this can,
for LES data at time step <inline-formula><mml:math id="M241" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> at longitudinal position <inline-formula><mml:math id="M242" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, be
defined as

                <disp-formula id="Ch1.E23" content-type="numbered"><mml:math id="M243" display="block"><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          with <inline-formula><mml:math id="M244" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the <inline-formula><mml:math id="M245" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> coordinate of one cell across the line
<inline-formula><mml:math id="M246" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>⊂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which contains <inline-formula><mml:math id="M247" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> number of
cells and has a length equal to the rotor diameter. From WFSim
data, the flow velocity component at the rotor centre will be taken
across the position <inline-formula><mml:math id="M248" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e9027">In this work we compare lateral and longitudinal flow velocity
components at hub height and power signals calculated with LES with
lateral and longitudinal flow velocity components and power signals
calculated with WFSim.<fn id="Ch1.Footn3"><p id="d1e9030">The LES flow data are mapped onto the
grid of WFSim using bilinear interpolation techniques.</p></fn></p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F11" specific-use="star"><caption><p id="d1e9035">Excitation signals for the nine-turbine simulation case. The yaw angels are set to zero.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=483.69685pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f11.pdf"/>

        </fig>

<?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page86?><table-wrap id="Ch1.T3" specific-use="star"><caption><p id="d1e9048">Summary of the WFSim simulation set-up.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="4">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="4" colname="col4" align="left"/>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Domain size <inline-formula><mml:math id="M249" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M250" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2.5</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.5</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>km</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbine rotor diameter <inline-formula><mml:math id="M251" display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4">126.4 (m)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Grid size <inline-formula><mml:math id="M252" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M253" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">100</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">42</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbine arrangement</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M254" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Cell size <inline-formula><mml:math id="M255" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M256" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">25</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m<inline-formula><mml:math id="M257" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbine spacing</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M258" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Times</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M259" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>cpu</mml:mtext></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (s)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Atmospheric conditions</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M260" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m s<inline-formula><mml:math id="M261" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>), <inline-formula><mml:math id="M262" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M263" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">kg</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Force and power factor</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M264" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbulence model</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M265" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">635</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">76.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m) <inline-formula><mml:math id="M266" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.17</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F12" specific-use="star"><caption><p id="d1e9429">Topology simulated wind farm <bold>(a)</bold> and mean flow centreline at four time instances through the first row <bold>(b)</bold>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=426.791339pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f12.pdf"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page87?><fig id="Ch1.F13" specific-use="star"><caption><p id="d1e9446">Mean flow centreline at four time instances through the second row
<bold>(a)</bold> and third row <bold>(b)</bold> of turbines. The vertical red dashed lines indicate the positions of the turbines.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=455.244094pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f13.pdf"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F14"><caption><p id="d1e9463">Wind farm power from SOWFA (blue dashed) and WFSim (black).</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=227.622047pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f14.pdf"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS2">
  <title>Axial induction actuation</title>
      <p id="d1e9478">Studies such as Shapiro et al. (2017a), Munters and Meyers (2017),
Vali et al. (2017)
and <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx46" id="text.35"/> illustrate that axial induction actuation
can be used in active power control where the objective is to provide
grid facilities. In order to utilize the WFSim model in active power
control, it is important to first validate it when exciting the thrust
coefficient.</p>
      <p id="d1e9484">In the following, WFSim is compared with simulation data from
PALM <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx28" id="paren.36"/> and SOWFA <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx8" id="paren.37"/>, both high-fidelity wind
farm models that were briefly discussed in
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S1"/>. The latter includes the actuator line
model (ALM) while the former employs the ADM.<fn id="Ch1.Footn4"><p id="d1e9495">PALM also
includes the rotating ADM, but in our case study the ADM is
employed.</p></fn></p>
<sec id="Ch1.S3.SS2.SSS1">
  <title>PArallelized LES Model (PALM) and WFSim</title>
      <p id="d1e9503">PALM predicts the 3-D flow velocity vectors and turbine power signals in a wind farm using
LES and is based on the 3-D incompressible Navier–Stokes equations.<fn id="Ch1.Footn5"><p id="d1e9506">In this work we consider PALM as a wind farm model since PALM is simulated with turbine models. However, PALM is also applicable for simulating oceanic behaviour.</p></fn> Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T2"/> gives a summary of the two-turbine wind farm simulated in WFSim. A summary of the PALM simulation set-up can be found in Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S2"/>. The applied control signals are depicted in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/> and are chosen such that different system dynamics are excited. The final values for the tuning parameters are obtained using a grid search. Figures <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/> and <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F10"/> show a comparison of the mean flow centreline and the wind farm power, respectively. A flow field evaluated with both the WFSim model and PALM can be found in Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S2"/>.</p>
      <?pagebreak page85?><p id="d1e9523">In Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/>, the mean flow centrelines through the farms of
WFSim and PALM are relatively similar. The PALM data exhibit more
turbulent fluctuations due to the presence of a more sophisticated
turbulence model, which allows for better capturing small-scale
dynamics such as turbine-induced turbulence. However, the WFSim model
is capable of estimating wake recovery similar to the PALM model. The
recovery in the WFSim model is due to the turbulence model as
presented in Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS1"/>. It is in fact the slope of
the local mixing length parameters that can determine the amount of
wake recovery, or more precisely, the larger this slope, the higher the wake
recovery. It is therefore interesting to link this
tuning variable to the turbulence intensity in the farm. Furthermore,
it can be seen in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F10"/> that the WFSim model
is capable of estimating the wind farm power. Since both the WFSim
model and PALM employ the ADM, fast fluctuations in the power signal
can be observed. This is due to the lack of rotor inertia in both
simulation cases. The simulation case presented in this section
illustrates that the WFSim model, in which the third dimension is
partially neglected, is able to estimate wind farm flow and power
signals computed with a 3-D LES wind farm model. In
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS2.SSS2"/>, a SOWFA case study will be presented, a LES
model that includes turbine dynamics.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS2.SSS2">
  <title>Simulator fOr Wind Farm Applications (SOWFA) and WFSim</title>
      <p id="d1e9540">SOWFA predicts the 3-D flow velocity vectors in a wind farm using LES
and is based on the 3-D incompressible Navier–Stokes equations. For
turbine modelling it employs the ALM, which is
a more sophisticated model than the ADM <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx38" id="paren.38"/>. In
addition, the FAST
model from the National Renewable Energy Laboratory (NREL) is implemented <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx23" id="paren.39"/>. This model
calculates turbine power production, blade forces on the flow
and structural loading on the turbine. In the SOWFA
simulation presented, the NREL 5 MW wind turbine is
simulated <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx24" id="paren.40"/>.</p>
      <p id="d1e9552">The SOWFA data set used in this work for validation is equivalent to
the set used in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx46" id="text.41"/>. The thrust coefficient <inline-formula><mml:math id="M267" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
is not a control variable in SOWFA due to the employment of the ALM
and therefore has to be estimated. This will be discussed in the
following paragraph.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS2.SSSx1" specific-use="unnumbered">
  <title>Turbine operating settings</title>
      <p id="d1e9578">For estimating the control signals <inline-formula><mml:math id="M268" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the turbine's fore-aft
bending moment <inline-formula><mml:math id="M269" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>sowfa</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> calculated with FAST is
exploited. Using the relation <inline-formula><mml:math id="M270" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>sowfa</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>sowfa</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="M271" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the hub height, the (indirect)
measured thrust force <inline-formula><mml:math id="M272" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>sowfa</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be derived. An
estimation from SOWFA data of the rotor flow velocity
<inline-formula><mml:math id="M273" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>sowfa</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is obtained by averaging the flow velocity
components across the rotor. Using the standard ADM yields for each
turbine

                  <disp-formula id="Ch1.E24" content-type="numbered"><mml:math id="M274" display="block"><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>sowfa</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>sowfa</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            Since <inline-formula><mml:math id="M275" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>sowfa</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>sowfa</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M276" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be
obtained from SOWFA data and the yaw angles are given, all the
variables in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E24"/>) are known; hence the
control variable <inline-formula><mml:math id="M277" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be estimated from SOWFA
data for each turbine.<fn id="Ch1.Footn6"><p id="d1e9812">The estimated <inline-formula><mml:math id="M278" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from SOWFA data is relatively
noisy and hence filtered.</p></fn> It will be used, together with the yaw angle,
as an input to the WFSim model.</p>
      <p id="d1e9829">In the following, flow data at hub height from a nine-turbine SOWFA
simulation case will be compared with WFSim data. See
Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F12"/>a for the simulated wind farm topology. The
turbines are excited with thrust coefficients as depicted in
Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F11"/>. These excitation signals are estimated from
SOWFA data using the relation defined in
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E24"/>). Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T3"/> presents
the WFSim parameters used during simulations. The tuning variables of
the WFSim model are found using a grid search and the inflow
conditions <inline-formula><mml:math id="M279" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are estimated from SOWFA
data.</p>
      <p id="d1e9858">Figures <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F12"/>b and <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F13"/> depict a mean flow centreline (see Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E23"/>) comparison for each row at four time instances. It can be concluded that the mean flow centreline derived from WFSim data approximates the mean flow centreline derived from SOWFA data. In Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F14"/>, time series of the power signals from SOWFA and WFSim are depicted. The signals from the latter are more oscillating than the power signals from SOWFA. This is due to the fact that the power expression in WFSim is a non-linear static map depending on the <inline-formula><mml:math id="M280" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Thus, no turbine dynamics are taken into account, which is contrary to SOWFA in which the FAST turbine model is simulated. However, important characteristics can be captured with WFSim. A flow field evaluated with both the WFSim model and SOWFA can be found in Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S3"/>.</p>
      <p id="d1e9885">WFSim is capable of estimating dominant wake dynamics, the objective
of the control-oriented model WFSim. Smaller-scale and stochastic
effects can be measured by sensors and incorporated using an estimator
based on WFSim, as has been shown
in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx11 bib1.bibx12" id="text.42"/>.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S4" sec-type="conclusions">
  <title>Conclusions</title>
      <p id="d1e9900">Current literature on wind farm control can be categorized into model-free and model-based methods. This paper focused on the latter
category. Here, a distinction can be made between type of
model employed, a steady-state or dynamic wind farm model. In order to use the
closed-loop control paradigm, and account for model uncertainties, we
think it is important to utilize a dynamic wind farm model for
controller design and possible online wind farm control. In this
paper, such a control-oriented dynamic wind farm model, referred to as
WFSim, has been presented.<fn id="Ch1.Footn7"><p id="d1e9903">The WFSim repository can be found
in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx49" id="text.43"/>.</p></fn> It is a wind farm model that can predict flow
fields and power production and includes turbines that are modelled
using actuator disk theory and is based on modified two-dimensional
Navier–Stokes equations. Completely neglecting the third (vertical)
dimension is a too crude assumption to describe the
flow in a wind farm accurately enough for control purposes. In this paper, we
included
a correction term in the continuity equation. It has been illustrated
that the inclusion of this factor reduces the effect of neglecting the
third (vertical) dimension. More precisely, it has been shown that the
speed-up effect of the flow on the right and left downwind of
a turbine will be reduced when solving for the corrected
Navier–Stokes equations compared to the standard two-dimensional
Navier–Stokes equations. It has been shown that this resulted in
a better approximation of LES data.</p>
      <p id="d1e9910">In addition, a turbulence model was included, taking into account the
desired wake recovery. The heuristically found turbulence model is
based on Prandtl's mixing length hypotheses,<?xmltex \hack{\vadjust{\newpage}}?> where the mixing length
parameter is made dependent on the downstream distance from the
turbine rotors and also dependent on the mean wind direction. After
theoretically formulating the WFSim model, this paper followed by
illustrating that the computed flow velocities and power signals from
the 2-D-like WFSim model can estimate flow velocity data and power
signals from the 3-D high-fidelity wind farm models PALM and
SOWFA. The necessary computation time of the WFSim model is a fraction of what is needed to perform LES, making it suitable for online control. This work focussed on axial induction actuation,
but future work will also include the validation of yaw actuation and
wind direction changes. For the simulation cases presented, no grid
convergence studies have been performed, but future work should entail
this. In addition, future work will entail the online update of the
tuning variables <inline-formula><mml:math id="M281" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by an observer and the employment
of the presented dynamic wind farm model in an online closed-loop
control scheme.</p>
</sec>

      
      </body>
    <back><notes notes-type="dataavailability">

      <p id="d1e9955">The MATLAB implementation of the presented WFSim model can be found at
<uri>https://github.com/TUDelft-DataDrivenControl/WFSim</uri>.
All presented simulations can be repeated with the available online implementation.</p>
  </notes><?xmltex \hack{\clearpage}?><app-group>

<?pagebreak page88?><app id="App1.Ch1.S1">
  <title>Discretizing the Navier–Stokes equations</title>
      <p id="d1e9970">This section will present the necessary derivations to go from
Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>) to (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E20"/>), i.e. it will
elaborate on the discretization of the NS equations. In the following
subsections, all terms in the NS equations will
subsequently be dealt with.</p>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS1">
  <title>Discretizing the convection (non-linear) terms</title>
      <p id="d1e9982">The non-linear term that occurs in the momentum equations can be
spatially discretized by deriving

                <disp-formula id="App1.Ch1.Ex1"><mml:math id="M282" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">u</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">u</mml:mi><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS1.SSSx1" specific-use="unnumbered">
  <?xmltex \opttitle{$x$~momentum equation}?><title><inline-formula><mml:math id="M283" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation</title>
      <p id="d1e10118">Deriving the term in the <inline-formula><mml:math id="M284" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation (first element in the vector
above) yields

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M285" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mfenced><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mfenced><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfenced><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfenced><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              where <inline-formula><mml:math id="M286" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are
the quantities <inline-formula><mml:math id="M287" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at the east and west sides of the cell with
surface <inline-formula><mml:math id="M288" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively. Similarly, <inline-formula><mml:math id="M289" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the quantities <inline-formula><mml:math id="M290" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
at the north and south sides of the cell with surface <inline-formula><mml:math id="M291" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively. Assuming <inline-formula><mml:math id="M292" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M293" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the above can be
written as

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M294" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mfenced><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mfenced><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              <inline-formula><mml:math id="M295" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M296" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
In <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx48" id="text.44"/> this is referred to as a convective mass flux
approximation. The above can then be written as

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M297" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              In Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/> we observe that <inline-formula><mml:math id="M298" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are
not defined for the black cell. Applying central differencing
approximates the terms as follows:

                  <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M299" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E1"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              We can now write

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M300" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              In Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.E1"/>), central differencing is applied. A disadvantage of this method
is that it does not use prior knowledge on the flow direction. The upwind differencing
scheme, however, employs this prior knowledge as explained in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx48" id="text.45"/>.
A combination of the central and upwind differencing scheme is the hybrid differencing scheme.
When applying this, the above can be written as

                  <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M301" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E2"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              with <inline-formula><mml:math id="M302" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M303" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In WFSim, the
coefficients <inline-formula><mml:math id="M304" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M305" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are evaluated for
time <inline-formula><mml:math id="M306" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> while the other flow velocity components are computed for
time <inline-formula><mml:math id="M307" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS1.SSSx2" specific-use="unnumbered">
  <?xmltex \opttitle{$y$~momentum equation}?><title><inline-formula><mml:math id="M308" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation</title>
      <?pagebreak page89?><p id="d1e12072">Deriving the non-linear term in the <inline-formula><mml:math id="M309" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation yields

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M310" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              with <inline-formula><mml:math id="M311" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
and

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M312" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              The intermediate steps are omitted here since they are similar to the
steps presented when handling the non-linear term in the <inline-formula><mml:math id="M313" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum
equation. Note, however, that the discretization is evaluated using the
yellow cell (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>). When applying the hybrid
differencing scheme, the above can be written as

                  <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M314" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E3"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              with <inline-formula><mml:math id="M315" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M316" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Similar as before, the
coefficients <inline-formula><mml:math id="M317" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M318" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are evaluated for
time <inline-formula><mml:math id="M319" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> while the other flow velocity components are computed for
time <inline-formula><mml:math id="M320" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS2">
  <title>Discretizing the pressure gradient</title>
      <p id="d1e13407">For the pressure gradient we evaluate
            <disp-formula id="App1.Ch1.Ex23"><mml:math id="M321" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          The pressure components are evaluated for time <inline-formula><mml:math id="M322" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS3">
  <title>Discretizing the stress term</title>
      <p id="d1e13549">Evaluate

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M323" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E4"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS3.SSSx1" specific-use="unnumbered">
  <?xmltex \opttitle{$x$~momentum equation}?><title><inline-formula><mml:math id="M324" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation</title>
      <?pagebreak page90?><p id="d1e13882">Considering the <inline-formula><mml:math id="M325" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation we have to evaluate multiple
terms. The first term evaluates as

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M326" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              Here we have

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M327" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              and <inline-formula><mml:math id="M328" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Substituting these expressions
yields

                  <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M329" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.2}{9.2}\selectfont$\displaystyle}?><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.2}{9.2}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E5"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.2}{9.2}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              The second term evaluates as

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M330" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              Here we have

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M331" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              and <inline-formula><mml:math id="M332" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Substituting yields

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M333" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close=""><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced open="." close="]"><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close=""><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced close="]" open="."><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              which can be rearranged to

                  <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M334" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E6"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              Summarizing the above,

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M335" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="-0.125em"/><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="-0.125em"/></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="-0.125em"/></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              with <inline-formula><mml:math id="M336" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The coefficients <inline-formula><mml:math id="M337" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will be computed for
time <inline-formula><mml:math id="M338" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> while the flow components will be evaluated for time <inline-formula><mml:math id="M339" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS3.SSSx2" specific-use="unnumbered">
  <?xmltex \opttitle{$y$~momentum equation}?><title><inline-formula><mml:math id="M340" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation</title>
      <p id="d1e17258">Considering the <inline-formula><mml:math id="M341" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation, the first term evaluates as

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M342" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              Here we have

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M343" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              and <inline-formula><mml:math id="M344" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Substituting these expressions
yields

                  <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M345" display="block"><mml:mtable rowspacing="0ex 0ex 5.690551pt" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.7}{8.7}\selectfont$\displaystyle}?><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.7}{8.7}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.7}{8.7}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E7"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.7}{8.7}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e18229">The second term evaluates as

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M346" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              Here we have

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M347" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              and <inline-formula><mml:math id="M348" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Substituting these expressions yields

                  <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M349" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E8"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              Summarizing the above,

                  <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M350" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              with <inline-formula><mml:math id="M351" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The coefficients <inline-formula><mml:math id="M352" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will be computed for
time <inline-formula><mml:math id="M353" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> while the flow components will be evaluated for time <inline-formula><mml:math id="M354" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<?pagebreak page91?><sec id="App1.Ch1.S1.SS4">
  <title>Discretizing the forcing term</title>
      <p id="d1e20137"><disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M355" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS5">
  <title>Discretizing the unsteady term</title>
      <p id="d1e20304">Evaluate
            <disp-formula id="App1.Ch1.Ex72"><mml:math id="M356" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>

<?xmltex \floatpos{h!}?><table-wrap id="App1.Ch1.T1"><?xmltex \hack{\hsize\textwidth}?><caption><p id="d1e20393">Fully discretized Navier–Stokes equations and all their coefficients.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><?xmltex \begin{scaleboxenv}{.94}[.94]?><oasis:tgroup cols="1">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M357" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation:</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M358" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M359" display="inline"><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M360" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation:</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M361" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M362" display="inline"><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Continuity equation:</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M363" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"/>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M364" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       <?xmltex \interline{[5.690551pt]}?></oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M365" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"/>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M366" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M367" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"/>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M368" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M369" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"/>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">in which</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M370" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>      <inline-formula><mml:math id="M371" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M372" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>  <inline-formula><mml:math id="M373" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M374" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M375" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M376" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>  <inline-formula><mml:math id="M377" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"/>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M378" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>  <inline-formula><mml:math id="M379" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M380" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>   <inline-formula><mml:math id="M381" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"/>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M382" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="M383" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> given in (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.E5"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.E6"/>),</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M384" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="M385" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>•</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> given (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.E7"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.E8"/>),</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">and</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M386" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup><?xmltex \end{scaleboxenv}?></oasis:table></table-wrap>

<?xmltex \hack{\newpage}?>
      <p id="d1e23970"><?xmltex \hack{\noindent}?>Temporal discretization yields <inline-formula><mml:math id="M387" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M388" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and we define
            <disp-formula id="App1.Ch1.Ex73"><mml:math id="M389" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS6">
  <title>Discretizing the Continuity equation</title>
      <p id="d1e24097"><disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M390" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e24256">All the coefficients derived above are given in Table <xref ref-type="table" rid="App1.Ch1.T1"/>.</p><?xmltex \hack{\clearpage}?>
</sec>
</app>

<?pagebreak page92?><app id="App1.Ch1.S2">
  <title>PALM case study</title>
      <p id="d1e24269">In this appendix, a resolved flow field for an arbitrarily chosen time step is depicted for the PALM
case study presented in Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS2.SSS1"/>. Table <xref ref-type="table" rid="App1.Ch1.T2"/> gives a summary of the PALM simulation set-up.</p>

<?xmltex \floatpos{h!}?><table-wrap id="App1.Ch1.T2"><?xmltex \hack{\hsize\textwidth}?><caption><p id="d1e24280">Summary of the simulation set-up.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><?xmltex \begin{scaleboxenv}{.950}[.950]?><oasis:tgroup cols="4">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="4" colname="col4" align="left"/>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Domain size <inline-formula><mml:math id="M391" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M392" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">19.2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.56</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.28</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>km</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbine dimensions</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M393" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">126</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m), <inline-formula><mml:math id="M394" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">90</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Grid size <inline-formula><mml:math id="M395" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M396" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1920</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">256</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1280</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbine arrangement</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M397" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Cell size <inline-formula><mml:math id="M398" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M399" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m<inline-formula><mml:math id="M400" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Turbine spacing</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M401" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Sample period <inline-formula><mml:math id="M402" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">1 (s)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Atmospheric conditions</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M403" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m s<inline-formula><mml:math id="M404" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>), <inline-formula><mml:math id="M405" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M406" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">kg</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Simulation time <inline-formula><mml:math id="M407" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">1750 (s)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col3">Inflow</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col4">Uniform</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup><?xmltex \end{scaleboxenv}?></oasis:table></table-wrap>

      <?xmltex \floatpos{h!}?><fig id="App1.Ch1.F1"><caption><p id="d1e24637">Flow field obtained with PALM (below) and WFSim at <inline-formula><mml:math id="M408" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">750</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (s). The black lines indicate the turbines.</p></caption>
        <?xmltex \hack{\hsize\textwidth}?>
        <?xmltex \igopts{width=227.622047pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f15.pdf"/>

      </fig>

</app>

<app id="App1.Ch1.S3">
  <title>SOWFA case study</title>
      <p id="d1e24666">In this appendix, a resolved flow field for an arbitrarily chosen time step is depicted for the SOWFA case study presented in Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS2.SSS2"/>. The SOWFA data set presented in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx46" id="text.46"/> is utilized.</p>

      <?xmltex \floatpos{h!}?><fig id="App1.Ch1.F2"><caption><p id="d1e24676">Flow field obtained with SOWFA (below) and WFSim at <inline-formula><mml:math id="M409" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">250</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (s). The black lines indicate the turbines.</p></caption>
        <?xmltex \hack{\hsize\textwidth}?>
        <?xmltex \igopts{width=142.26378pt}?><graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/3/75/2018/wes-3-75-2018-f16.pdf"/>

      </fig>

<?xmltex \hack{\clearpage}?>
</app>

<?pagebreak page93?><app id="App1.Ch1.S4">
  <title>Nomenclature</title>
      <p id="d1e24707"><table-wrap id="Taba" position="anchor"><oasis:table><oasis:tgroup cols="2">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="left"/>
     <oasis:tbody>

       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M410" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">domain size wind farm</oasis:entry>
       </oasis:row>

       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M411" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">number of cells</oasis:entry>
       </oasis:row>

       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M412" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">turbine <inline-formula><mml:math id="M413" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>

       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M414" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">hub-height flow velocity at the rotor</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M415" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">flow centreline velocity</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M416" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">thrust force and power coefficient</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M417" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">turbulence model parameter</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M418" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">sample period</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M419" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">state vector with longitudinal and lateral flow velocities and pressure</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M420" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">control variables</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M421" display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">turbine rotor diameter</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M422" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">cell size</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M423" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">ℵ</mml:mi></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">number of turbines</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M424" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">inflow conditions</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M425" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">upstream flow velocity</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M426" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">wind turbine force</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M427" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">2-D stress tensor</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M428" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">time index</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M429" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">number of states</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M430" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">measurement vector</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap></p><?xmltex \hack{\clearpage}?>
</app>
  </app-group><notes notes-type="competinginterests">

      <?pagebreak page94?><p id="d1e25192">The authors declare that they have no conflict of interest.</p>
  </notes><ack><title>Acknowledgements</title><p id="d1e25198">The authors would like to thank Paul Fleming and Will van Geest for their
inputs in this work regarding the SOWFA and PALM simulations,
respectively. The authors would like to acknowledge the CL-Windcon
project. This project has received funding from the European Union's Horizon
2020 research and innovation programme under grant agreement no.
727477.<?xmltex \hack{\newline}?><?xmltex \hack{\newline}?>
Edited by: Joachim Peinke<?xmltex \hack{\newline}?>
Reviewed by: two anonymous referees</p></ack><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bibx1"><label>Annoni and Seiler(2015)</label><mixed-citation>Annoni, J. and Seiler, P.: A low-order model for wind farm control,
P. Amer. Contr. Conf., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1109/ACC.2015.7170981" ext-link-type="DOI">10.1109/ACC.2015.7170981</ext-link>, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx2"><label>Annoni et al.(2014)Annoni, Seiler, Johnson, Fleming, and Gebraad</label><mixed-citation>Annoni, J., Seiler, P., Johnson, K., Fleming, P. A., and Gebraad, P. M. O.: Evaluating wake models for wind farm control,
P. Amer. Contr. Conf., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1109/ACC.2014.6858970" ext-link-type="DOI">10.1109/ACC.2014.6858970</ext-link>, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx3"><label>Avila et al.(2013)Avila, Folch, Houzeaux, Eguzkitza, Prieto, and Cabezøn</label><mixed-citation>
Avila, M., Folch, A., Houzeaux, G., Eguzkitza, B., Prieto, L., and
Cabezøn, D.: A Parallel CFD Model for Wind Farms, Procedia Comput. Sci.,  18,  2157–2166, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx4"><label>Barthelmie et al.(2009)Barthelmie, Frandsen, Hansen, Schepers, Rados, Schlez, Neubert, Jensen, and Neckelmann</label><mixed-citation>
Barthelmie, R., Frandsen, S., Hansen, K., Schepers, J., Rados, K.,
Schlez, W., Neubert, A., Jensen, L., and Neckelmann, S.: Modelling the
impact of wakes on power output at Nysted and Horns rev, European Wind
Energy Conference, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx5"><label>Boersma et al.(2016a)Boersma, Gebraad, Vali, Doekemeijer, and van Wingerden</label><mixed-citation>Boersma, S., Gebraad, P. M. O., Vali, M., Doekemeijer, B. M., and van Wingerden, J. W.: A control-oriented dynamic wind farm flow model:
“WFSim”, J. Phys. Conf. Ser., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/3/032005" ext-link-type="DOI">10.1088/1742-6596/753/3/032005</ext-link>, 2016a.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx6"><label>Boersma et al.(2016b)Boersma, van Wingerden, Vali, and Kühn</label><mixed-citation>Boersma, S., van Wingerden, J. W., Vali, M., and Kühn, M.: Quasi linear parameter varying modeling for wind farm control using the 2D Navier–Stokes equations,
P. Amer. Contr. Conf., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1109/ACC.2016.7525616" ext-link-type="DOI">10.1109/ACC.2016.7525616</ext-link>, 2016b.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx7"><label>Boersma et al.(2017)Boersma, Doekemeijer, Gebraad, Fleming, Annoni, Scholbrock, Frederik, and van Wingerden</label><mixed-citation>Boersma, S., Doekemeijer, B. M., Gebraad, P. M. O., Fleming, P. A., Annoni, J., Scholbrock, A. K., Frederik, J. A., and van Wingerden, J. W.: A tutorial on control-oriented modelling and control of wind farms,
P. Amer. Contr. Conf., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.23919/ACC.2017.7962923" ext-link-type="DOI">10.23919/ACC.2017.7962923</ext-link>, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx8"><label>Churchfield et al.(2012)Churchfield, Lee, Michalakes, and Moriarty</label><mixed-citation>
Churchfield, M., Lee, S., Michalakes, J., and Moriarty, P.: A numerical study of the effects of atmospheric and wake turbulence on wind turbine dynamics,
J. Turbul., 13, N14, 2012.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx9"><label>Crespo et al.(1988)Crespo, Hernandez, Fraga, and Andreu</label><mixed-citation>
Crespo, A., Hernandez, J., Fraga, E., and Andreu, C.: Experimental validation of the UPM computer code to calculate wind turbine wakes and comparison with other models,
J. Wind Eng. Ind. Aerod., 27,  77–88, 1988.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx10"><label>Crespo et al.(1999)Crespo, Hernandez, and Frandsen</label><mixed-citation>
Crespo, A., Hernandez, J., and Frandsen, S.: Survey of modelling methods for wind turbine wakes and wind farms,
Wind Energy, 2, 1–24, 1999.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx11"><label>Doekemeijer et al.(2016)Doekemeijer, van Wingerden, Boersma, and Pao</label><mixed-citation>Doekemeijer, B. M., van Wingerden, J. W., Boersma, S., and Pao, L. Y.: Enhanced Kalman filtering for a 2D CFD NS wind farm flow model,
J. Phys. Conf. Ser., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/5/052015" ext-link-type="DOI">10.1088/1742-6596/753/5/052015</ext-link>, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx12"><label>Doekemeijer et al.(2017)Doekemeijer, Boersma, van Wingerden, and Pao</label><mixed-citation>Doekemeijer, B. M., Boersma, S., van Wingerden, J. W., and Pao, L. Y.: Ensemble Kalman filtering for wind field estimation in wind farms,
P. Amer. Contr. Conf., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.23919/ACC.2017.7962924" ext-link-type="DOI">10.23919/ACC.2017.7962924</ext-link>, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx13"><label>Frandsen et al.(2006)Frandsen, Barthelmie, Pryor, Rathmann, Larsen, Højstrup, and Thøgersen</label><mixed-citation>
Frandsen, S., Barthelmie, R., Pryor, S., Rathmann, O., Larsen, S.,
Højstrup, J., and Thøgersen, M.: Analytical modelling of wind
speed deficit in large offshore wind farms, Wind Energy, 9, 39–53, 2006.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx14"><label>Gebraad et al.(2014a)Gebraad, Teeuwisse, van Wingerden, Fleming, Ruben, Marden, and Pao</label><mixed-citation>Gebraad, P. M. O., Teeuwisse, F. W., van Wingerden, J. W.,
Fleming, P. A., Ruben, S. D., Marden, J. R., and Pao, L. Y.: A
data-driven model for wind plant power optimization by yaw control,
P. Amer. Contr. Conf., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1109/ACC.2014.6859118" ext-link-type="DOI">10.1109/ACC.2014.6859118</ext-link>, 2014a.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx15"><label>Gebraad et al.(2014b)Gebraad, Teeuwisse, van Wingerden, Fleming, Ruben, Marden, and Pao</label><mixed-citation>
Gebraad, P. M. O., Teeuwisse, F. W., van Wingerden, J. W., Fleming, P. A., Ruben, S. D., Marden, J. R., and Pao, L. Y.: Wind plant power optimization through yaw control using a parametric model for wake effects – a CFD
simulation study, Wind Energy, 19, 95–114, 2014b.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx16"><label>George and Liu(1981)</label><mixed-citation>
George, A. and Liu, J.: Computer Solution of Large Sparse Positive
Definite, Prentice Hall, 1981.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx17"><label>Göçmen et al.(2016)Göçmen, van der Laan, Réthoré, Diaz, and Larsen</label><mixed-citation>
Göçmen, T., van der Laan, P., Réthoré, P.-E., Diaz, A. P., and Larsen, G. C.: Wind turbine wake models developed at the technical university of Denmark: a review,
Renew. Sust. Energ. Rev., 60, 752–769, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx18"><label>Goit and Meyers(2015)</label><mixed-citation>
Goit, J. and Meyers, J.: Optimal control of energy extraction in wind-farm boundary layers,
J. Fluid Mech., 768, 5–50, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx19"><label>Grunnet et al.(2010)Grunnet, Soltani, Knudsen, Kragelund, and Bak</label><mixed-citation>
Grunnet, J. D., Soltani, M., Knudsen, T., Kragelund, M. N., and
Bak, T.: Aeolus toolbox for dynamics wind farm model, simulation and
control, The European Wind Energy Conference and Exhibition,
2010.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx20"><label>Iungo et al.(2015)Iungo, Viola, Ciri, Rotea, and Leo</label><mixed-citation>Iungo, G. V., Viola, F., Ciri, U., Rotea, M. A., and Leonardi, S.: Data-driven RANS for simulations of large wind farms,
J. Phys. Conf. Ser., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/625/1/012025" ext-link-type="DOI">10.1088/1742-6596/625/1/012025</ext-link>, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx21"><label>Jensen(1983)</label><mixed-citation>
Jensen, N. O.: A note on wind generator interaction, Tech. rep.,
Risø National Laboratory, 1983.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx22"><label>Jiménez et al.(2010)Jiménez, Crespo, and Migoya</label><mixed-citation>
Jiménez, Á., Crespo, A., and Migoya, E.: Application of a LES technique to characterize the wake deflection of a
wind turbine in yaw, Wind Energy, 13,  559–572, 2010.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx23"><label>Jonkman and Buhl(2005)</label><mixed-citation>
Jonkman, J. M. and Buhl, M. L.: FAST v6.0 user guide, technical
report, Tech. rep, National Renewable Energy Laboratory (NREL),
2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx24"><label>Jonkman et al.(2009)Jonkman, Butterfield, Musial, and Scott</label><mixed-citation>
Jonkman, J. M., Butterfield, S., Musial, W., and Scott, G.: Definition
of a 5-MW reference wind turbine for offshore system development,
Tech. rep., National Renewable Energy Laboratory (NREL),
2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx25"><label>Katic et al.(1986)Katic, Hojstrup, and Jensen</label><mixed-citation>
Katic, I., Hojstrup, J., and Jensen, N. O.: A Simple Model for Cluster
efficiency, EWEC, 1986.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx26"><label>Knudsen et al.(2015)Knudsen, Bak, and Svenstrup</label><mixed-citation>
Knudsen, T., Bak, T., and Svenstrup, M.: Survey of wind farm control: power and fatigue optimization,
Wind Energy, 18, 1333–1351, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx27"><label>Larsen et al.(2007)Larsen, Madsen, Bingöl, Ott, Sørensen, Okulov, Troldborg, Nielsen, Thomsen, Larsen, and Mikkelsen</label><mixed-citation>
Larsen, G. C., Madsen, H. A., Bingöl, F. Mann, J., Ott, S.,
Sørensen, J. N., Okulov, V., Troldborg, N., Nielsen, M.,
Thomsen, K., Larsen, T. J., and Mikkelsen, R.: Dynamic wake meandering
modelling, Tech. rep., Risø National Laboratory,
2007.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx28"><label>Maronga et al.(2015)Maronga, Gryschka, Heinze, Hoffmann, Kanani-Sühring, Keck, Ketelsen, Letzel, Sühring, and Raach</label><mixed-citation>Maronga, B., Gryschka, M., Heinze, R., Hoffmann, F., Kanani-Sühring, F.,
Keck, M., Ketelsen, K., Letzel, M. O., Sühring, M., and Raasch, S.: The
Parallelized Large-Eddy Simulation Model (PALM) version 4.0 for atmospheric
and oceanic flows: model<?pagebreak page95?> formulation, recent developments, and future
perspectives, Geosci. Model Dev., 8, 2515–2551,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/gmd-8-2515-2015" ext-link-type="DOI">10.5194/gmd-8-2515-2015</ext-link>, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx29"><label>Martinez-Tossas et al.(2014)Martinez-Tossas, Churchfield, and Leonardi</label><mixed-citation>
Martinez-Tossas, L. A., Churchfield, M. J., and Leonardi, S.: Large Eddy Simulations of the flow past wind turbines:
actuator line and disk modeling, Wind Energy,  18, 1047–1060, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx30"><label>Medici(2005)</label><mixed-citation>
Medici, D.: Experimental Studies of Wind Turbine Wakes – Power
Optimisation and Meandering, PhD dissertation, Delft University of
Technology, 2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx31"><label>Meyers and Meneveau(2010)</label><mixed-citation>
Meyers, J. and Meneveau, C.: Large Eddy Simulations of large
wind-turbine arrays in the atmospheric boundary layer, Aerospace
Sciences Meeting, 2010.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx32"><label>Munters and Meyers(2017)</label><mixed-citation>
Munters, W. and Meyers, J.: An optimal control framework for dynamic induction control of wind farms and their interaction with the atmospheric boundary layer,
Philos. T. Roy. Soc. A,  375, 20160100, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx33"><label>Özdemir et al.(2013)Özdemir, Versteeg, and Brand</label><mixed-citation>
Özdemir, H., Versteeg, M. C., and Brand, A. J.: Improvements in
ECN wake model, ICOWES conference, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx34"><label>Prandtl(1925)</label><mixed-citation>Prandtl, L.: Bericht  uber Untersuchungen zur ausgebildeten Turbulenz,
Z. Angew. Math. Me., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1007/978-3-662-11836-8_57" ext-link-type="DOI">10.1007/978-3-662-11836-8_57</ext-link>, 1925.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx35"><label>Raach et al.(2017)Raach, Schlipf, and Cheng</label><mixed-citation>Raach, S., Schlipf, D., and Cheng, P. W.: Lidar-based wake tracking for closed-loop wind farm control,
Wind Energ. Sci., 2, 257–267, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/wes-2-257-2017" ext-link-type="DOI">10.5194/wes-2-257-2017</ext-link>,
2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx36"><label>Sagaut(2006)</label><mixed-citation>
Sagaut, P.: Large Eddy Simulation for Incompressible Flows,
Springer-Verlag Berlin Heidelberg
ISBN 978-3-540-26403-3, 2006.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx37"><label>Sanderse(2009)</label><mixed-citation>
Sanderse, B.: Aerodynamics of wind turbine wakes, Literature Review,
Report 16, ECN, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx38"><label>Sanderse et al.(2011)Sanderse, van der Pijl, and B.</label><mixed-citation>
Sanderse, B., van der Pijl, S. P., and B., K.: Review of computational
fluid dynamics for wind turbine wake aerodynamics, Wind Energy,
14, 799–819, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx39"><label>Shapiro et al.(2017a)Shapiro, Bauweraerts, Meyers, Meneveau, and Gayme</label><mixed-citation>
Shapiro, C. R., Bauweraerts, P., Meyers, J., Meneveau, C., and Gayme, D. F.: Model-based receding horizon control of wind farms for
secondary frequency regulation, Wind Energy,  20, 1261–1275, 2017a.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx40"><label>Shapiro et al.(2017b)Shapiro, Meyers, Meneveau, and Gayme</label><mixed-citation>Shapiro, C. R., Meyers, J., Meneveau, C., and Gayme, D. F.: Dynamic wake modeling and state estimation for improved model-based receding horizon control of wind farms,
P. Amer. Contr. Conf., <ext-link xlink:href="https://doi.org//10.23919/ACC.2017.7963036" ext-link-type="DOI">/10.23919/ACC.2017.7963036</ext-link>, 2017b.
</mixed-citation></ref><?xmltex \hack{\newpage}?>
      <ref id="bib1.bibx41"><label>Soleimanzadeh et al.(2014)Soleimanzadeh, Wisniewski, and Brand</label><mixed-citation>
Soleimanzadeh, M., Wisniewski, R., and Brand, A.: State-space representation of the wind flow model in wind farms,
Wind Energy, 17,  627–639, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx42"><label>Trabucchi et al.(2016)Trabucchi, Vollmer, and Kühn</label><mixed-citation>Trabucchi, D., Vollmer, L., and Kühn, M.: Shear layer approximation of Navier-Stokes steady equations for non-axisymmetric wind turbine wakes: description, verification and first application,
J. Phys. Conf. Ser., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/3/032030" ext-link-type="DOI">10.1088/1742-6596/753/3/032030</ext-link>, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx43"><label>Vali et al.(2016)Vali, van Wingerden, Boersma, Petrovic, and Kühn</label><mixed-citation>Vali, M., van Wingerden, J. W., Boersma, S., Petrovic, V., and Kühn, M.: A predictive control framework for optimal energy extraction of wind farms,
J. Phys. Conf. Ser., <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/5/052013" ext-link-type="DOI">10.1088/1742-6596/753/5/052013</ext-link>, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx44"><label>Vali et al.(2017)Vali, Petrović, Boersma, van Wingerden, and Kühn</label><mixed-citation>Vali, M., Petrović, V., Boersma, S., van Wingerden, J. W., and
Kühn, M.: Adjoint-based model predictive control of wind farms:
beyond the quasi steady-state power maximization, International
Federation of Automatic Control, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.382" ext-link-type="DOI">10.1016/j.ifacol.2017.08.382</ext-link>, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx45"><label>van der Laan et al.(2015)van der Laan, Sørensen, Réthoré, Mann, Kelly, and Troldborg</label><mixed-citation>van der Laan, M. P., Sørensen, N. N., Réthoré, P.-E., Mann, J., Kelly, M. C., and Troldborg, N.: The k-<inline-formula><mml:math id="M431" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula>-fP model applied to double wind turbine wakes using different actuator disk
force methods, Wind Energy, 18, 2223–2240, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx46"><label>van Wingerden et al.(2017)van Wingerden, Pao, Aho, and Fleming</label><mixed-citation>van Wingerden, J. W., Pao, L. Y., Aho, J., and Fleming, P. A.: Active power control of waked wind farms, International Federation of Automatic Control, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.378" ext-link-type="DOI">10.1016/j.ifacol.2017.08.378</ext-link>, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx47"><label>Vermeer et al.(2003)Vermeer, Sorensen, and Crespo</label><mixed-citation>
Vermeer, L. J., Sorensen, J. N., and Crespo, A.: Wind turbine wake aerodynamics, Prog. Aerosp. Sci., 39, 467–510, 2003.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx48"><label>Versteeg and Malalasekera(2007)</label><mixed-citation>
Versteeg, H. and Malalasekera, W.: An Introduction to Computational
Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, Pearson, Prentice Hall,
2007.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx49"><label>WFSim(2015)</label><mixed-citation>WFSim: available at: <uri>https://github.com/TUDelft-DataDrivenControl/WFSim</uri>
(last access: 1 March 2018), 2015.</mixed-citation></ref>

  </ref-list></back>
    <!--<article-title-html>A control-oriented dynamic wind farm model: WFSim</article-title-html>
<abstract-html><p class="p">Wind turbines are often sited together in wind farms as it is
economically advantageous. Controlling the flow within wind farms to
reduce the fatigue loads, maximize energy production and provide
ancillary services is a challenging control problem due to the
underlying time-varying non-linear wake dynamics. In this paper, we
present a control-oriented dynamical wind farm model called the
WindFarmSimulator (WFSim) that can be used in closed-loop wind farm
control algorithms. The three-dimensional Navier–Stokes equations were
the starting point for deriving the control-oriented dynamic wind farm
model. Then, in order to reduce computational complexity, terms
involving the vertical dimension were either neglected or estimated in
order to partially compensate for neglecting the vertical
dimension. Sparsity of and structure in the system matrices make this
model relatively computationally inexpensive. We showed that by taking the
vertical dimension partially into account, the estimation of flow data
generated with a high-fidelity wind farm model is improved relative to
when the vertical dimension is completely neglected in WFSim. Moreover,
we showed that, for the study cases considered in this work, WFSim is
potentially fast enough to be used in an online closed-loop control
framework including model parameter updates. Finally we showed that the
proposed wind farm model is able to estimate flow and power signals
generated by two different 3-D high-fidelity wind farm models.</p></abstract-html>
<ref-html id="bib1.bib1"><label>Annoni and Seiler(2015)</label><mixed-citation>
Annoni, J. and Seiler, P.: A low-order model for wind farm control,
P. Amer. Contr. Conf., <a href="https://doi.org/10.1109/ACC.2015.7170981" target="_blank">https://doi.org/10.1109/ACC.2015.7170981</a>, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib2"><label>Annoni et al.(2014)Annoni, Seiler, Johnson, Fleming, and Gebraad</label><mixed-citation>
Annoni, J., Seiler, P., Johnson, K., Fleming, P. A., and Gebraad, P. M. O.: Evaluating wake models for wind farm control,
P. Amer. Contr. Conf., <a href="https://doi.org/10.1109/ACC.2014.6858970" target="_blank">https://doi.org/10.1109/ACC.2014.6858970</a>, 2014.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib3"><label>Avila et al.(2013)Avila, Folch, Houzeaux, Eguzkitza, Prieto, and Cabezøn</label><mixed-citation>
Avila, M., Folch, A., Houzeaux, G., Eguzkitza, B., Prieto, L., and
Cabezøn, D.: A Parallel CFD Model for Wind Farms, Procedia Comput. Sci.,  18,  2157–2166, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib4"><label>Barthelmie et al.(2009)Barthelmie, Frandsen, Hansen, Schepers, Rados, Schlez, Neubert, Jensen, and Neckelmann</label><mixed-citation>
Barthelmie, R., Frandsen, S., Hansen, K., Schepers, J., Rados, K.,
Schlez, W., Neubert, A., Jensen, L., and Neckelmann, S.: Modelling the
impact of wakes on power output at Nysted and Horns rev, European Wind
Energy Conference, 2009.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib5"><label>Boersma et al.(2016a)Boersma, Gebraad, Vali, Doekemeijer, and van Wingerden</label><mixed-citation>
Boersma, S., Gebraad, P. M. O., Vali, M., Doekemeijer, B. M., and van Wingerden, J. W.: A control-oriented dynamic wind farm flow model:
“WFSim”, J. Phys. Conf. Ser., <a href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/3/032005" target="_blank">https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/3/032005</a>, 2016a.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib6"><label>Boersma et al.(2016b)Boersma, van Wingerden, Vali, and Kühn</label><mixed-citation>
Boersma, S., van Wingerden, J. W., Vali, M., and Kühn, M.: Quasi linear parameter varying modeling for wind farm control using the 2D Navier–Stokes equations,
P. Amer. Contr. Conf., <a href="https://doi.org/10.1109/ACC.2016.7525616" target="_blank">https://doi.org/10.1109/ACC.2016.7525616</a>, 2016b.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib7"><label>Boersma et al.(2017)Boersma, Doekemeijer, Gebraad, Fleming, Annoni, Scholbrock, Frederik, and van Wingerden</label><mixed-citation>
Boersma, S., Doekemeijer, B. M., Gebraad, P. M. O., Fleming, P. A., Annoni, J., Scholbrock, A. K., Frederik, J. A., and van Wingerden, J. W.: A tutorial on control-oriented modelling and control of wind farms,
P. Amer. Contr. Conf., <a href="https://doi.org/10.23919/ACC.2017.7962923" target="_blank">https://doi.org/10.23919/ACC.2017.7962923</a>, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib8"><label>Churchfield et al.(2012)Churchfield, Lee, Michalakes, and Moriarty</label><mixed-citation>
Churchfield, M., Lee, S., Michalakes, J., and Moriarty, P.: A numerical study of the effects of atmospheric and wake turbulence on wind turbine dynamics,
J. Turbul., 13, N14, 2012.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib9"><label>Crespo et al.(1988)Crespo, Hernandez, Fraga, and Andreu</label><mixed-citation>
Crespo, A., Hernandez, J., Fraga, E., and Andreu, C.: Experimental validation of the UPM computer code to calculate wind turbine wakes and comparison with other models,
J. Wind Eng. Ind. Aerod., 27,  77–88, 1988.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib10"><label>Crespo et al.(1999)Crespo, Hernandez, and Frandsen</label><mixed-citation>
Crespo, A., Hernandez, J., and Frandsen, S.: Survey of modelling methods for wind turbine wakes and wind farms,
Wind Energy, 2, 1–24, 1999.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib11"><label>Doekemeijer et al.(2016)Doekemeijer, van Wingerden, Boersma, and Pao</label><mixed-citation>
Doekemeijer, B. M., van Wingerden, J. W., Boersma, S., and Pao, L. Y.: Enhanced Kalman filtering for a 2D CFD NS wind farm flow model,
J. Phys. Conf. Ser., <a href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/5/052015" target="_blank">https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/5/052015</a>, 2016.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib12"><label>Doekemeijer et al.(2017)Doekemeijer, Boersma, van Wingerden, and Pao</label><mixed-citation>
Doekemeijer, B. M., Boersma, S., van Wingerden, J. W., and Pao, L. Y.: Ensemble Kalman filtering for wind field estimation in wind farms,
P. Amer. Contr. Conf., <a href="https://doi.org/10.23919/ACC.2017.7962924" target="_blank">https://doi.org/10.23919/ACC.2017.7962924</a>, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib13"><label>Frandsen et al.(2006)Frandsen, Barthelmie, Pryor, Rathmann, Larsen, Højstrup, and Thøgersen</label><mixed-citation>
Frandsen, S., Barthelmie, R., Pryor, S., Rathmann, O., Larsen, S.,
Højstrup, J., and Thøgersen, M.: Analytical modelling of wind
speed deficit in large offshore wind farms, Wind Energy, 9, 39–53, 2006.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib14"><label>Gebraad et al.(2014a)Gebraad, Teeuwisse, van Wingerden, Fleming, Ruben, Marden, and Pao</label><mixed-citation>
Gebraad, P. M. O., Teeuwisse, F. W., van Wingerden, J. W.,
Fleming, P. A., Ruben, S. D., Marden, J. R., and Pao, L. Y.: A
data-driven model for wind plant power optimization by yaw control,
P. Amer. Contr. Conf., <a href="https://doi.org/10.1109/ACC.2014.6859118" target="_blank">https://doi.org/10.1109/ACC.2014.6859118</a>, 2014a.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib15"><label>Gebraad et al.(2014b)Gebraad, Teeuwisse, van Wingerden, Fleming, Ruben, Marden, and Pao</label><mixed-citation>
Gebraad, P. M. O., Teeuwisse, F. W., van Wingerden, J. W., Fleming, P. A., Ruben, S. D., Marden, J. R., and Pao, L. Y.: Wind plant power optimization through yaw control using a parametric model for wake effects – a CFD
simulation study, Wind Energy, 19, 95–114, 2014b.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib16"><label>George and Liu(1981)</label><mixed-citation>
George, A. and Liu, J.: Computer Solution of Large Sparse Positive
Definite, Prentice Hall, 1981.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib17"><label>Göçmen et al.(2016)Göçmen, van der Laan, Réthoré, Diaz, and Larsen</label><mixed-citation>
Göçmen, T., van der Laan, P., Réthoré, P.-E., Diaz, A. P., and Larsen, G. C.: Wind turbine wake models developed at the technical university of Denmark: a review,
Renew. Sust. Energ. Rev., 60, 752–769, 2016.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib18"><label>Goit and Meyers(2015)</label><mixed-citation>
Goit, J. and Meyers, J.: Optimal control of energy extraction in wind-farm boundary layers,
J. Fluid Mech., 768, 5–50, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib19"><label>Grunnet et al.(2010)Grunnet, Soltani, Knudsen, Kragelund, and Bak</label><mixed-citation>
Grunnet, J. D., Soltani, M., Knudsen, T., Kragelund, M. N., and
Bak, T.: Aeolus toolbox for dynamics wind farm model, simulation and
control, The European Wind Energy Conference and Exhibition,
2010.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib20"><label>Iungo et al.(2015)Iungo, Viola, Ciri, Rotea, and Leo</label><mixed-citation>
Iungo, G. V., Viola, F., Ciri, U., Rotea, M. A., and Leonardi, S.: Data-driven RANS for simulations of large wind farms,
J. Phys. Conf. Ser., <a href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/625/1/012025" target="_blank">https://doi.org/10.1088/1742-6596/625/1/012025</a>, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib21"><label>Jensen(1983)</label><mixed-citation>
Jensen, N. O.: A note on wind generator interaction, Tech. rep.,
Risø National Laboratory, 1983.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib22"><label>Jiménez et al.(2010)Jiménez, Crespo, and Migoya</label><mixed-citation>
Jiménez, Á., Crespo, A., and Migoya, E.: Application of a LES technique to characterize the wake deflection of a
wind turbine in yaw, Wind Energy, 13,  559–572, 2010.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib23"><label>Jonkman and Buhl(2005)</label><mixed-citation>
Jonkman, J. M. and Buhl, M. L.: FAST v6.0 user guide, technical
report, Tech. rep, National Renewable Energy Laboratory (NREL),
2005.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib24"><label>Jonkman et al.(2009)Jonkman, Butterfield, Musial, and Scott</label><mixed-citation>
Jonkman, J. M., Butterfield, S., Musial, W., and Scott, G.: Definition
of a 5-MW reference wind turbine for offshore system development,
Tech. rep., National Renewable Energy Laboratory (NREL),
2009.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib25"><label>Katic et al.(1986)Katic, Hojstrup, and Jensen</label><mixed-citation>
Katic, I., Hojstrup, J., and Jensen, N. O.: A Simple Model for Cluster
efficiency, EWEC, 1986.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib26"><label>Knudsen et al.(2015)Knudsen, Bak, and Svenstrup</label><mixed-citation>
Knudsen, T., Bak, T., and Svenstrup, M.: Survey of wind farm control: power and fatigue optimization,
Wind Energy, 18, 1333–1351, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib27"><label>Larsen et al.(2007)Larsen, Madsen, Bingöl, Ott, Sørensen, Okulov, Troldborg, Nielsen, Thomsen, Larsen, and Mikkelsen</label><mixed-citation>
Larsen, G. C., Madsen, H. A., Bingöl, F. Mann, J., Ott, S.,
Sørensen, J. N., Okulov, V., Troldborg, N., Nielsen, M.,
Thomsen, K., Larsen, T. J., and Mikkelsen, R.: Dynamic wake meandering
modelling, Tech. rep., Risø National Laboratory,
2007.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib28"><label>Maronga et al.(2015)Maronga, Gryschka, Heinze, Hoffmann, Kanani-Sühring, Keck, Ketelsen, Letzel, Sühring, and Raach</label><mixed-citation>
Maronga, B., Gryschka, M., Heinze, R., Hoffmann, F., Kanani-Sühring, F.,
Keck, M., Ketelsen, K., Letzel, M. O., Sühring, M., and Raasch, S.: The
Parallelized Large-Eddy Simulation Model (PALM) version 4.0 for atmospheric
and oceanic flows: model formulation, recent developments, and future
perspectives, Geosci. Model Dev., 8, 2515–2551,
<a href="https://doi.org/10.5194/gmd-8-2515-2015" target="_blank">https://doi.org/10.5194/gmd-8-2515-2015</a>, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib29"><label>Martinez-Tossas et al.(2014)Martinez-Tossas, Churchfield, and Leonardi</label><mixed-citation>
Martinez-Tossas, L. A., Churchfield, M. J., and Leonardi, S.: Large Eddy Simulations of the flow past wind turbines:
actuator line and disk modeling, Wind Energy,  18, 1047–1060, 2014.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib30"><label>Medici(2005)</label><mixed-citation>
Medici, D.: Experimental Studies of Wind Turbine Wakes – Power
Optimisation and Meandering, PhD dissertation, Delft University of
Technology, 2005.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib31"><label>Meyers and Meneveau(2010)</label><mixed-citation>
Meyers, J. and Meneveau, C.: Large Eddy Simulations of large
wind-turbine arrays in the atmospheric boundary layer, Aerospace
Sciences Meeting, 2010.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib32"><label>Munters and Meyers(2017)</label><mixed-citation>
Munters, W. and Meyers, J.: An optimal control framework for dynamic induction control of wind farms and their interaction with the atmospheric boundary layer,
Philos. T. Roy. Soc. A,  375, 20160100, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib33"><label>Özdemir et al.(2013)Özdemir, Versteeg, and Brand</label><mixed-citation>
Özdemir, H., Versteeg, M. C., and Brand, A. J.: Improvements in
ECN wake model, ICOWES conference, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib34"><label>Prandtl(1925)</label><mixed-citation>
Prandtl, L.: Bericht  uber Untersuchungen zur ausgebildeten Turbulenz,
Z. Angew. Math. Me., <a href="https://doi.org/10.1007/978-3-662-11836-8_57" target="_blank">https://doi.org/10.1007/978-3-662-11836-8_57</a>, 1925.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib35"><label>Raach et al.(2017)Raach, Schlipf, and Cheng</label><mixed-citation>
Raach, S., Schlipf, D., and Cheng, P. W.: Lidar-based wake tracking for closed-loop wind farm control,
Wind Energ. Sci., 2, 257–267, <a href="https://doi.org/10.5194/wes-2-257-2017" target="_blank">https://doi.org/10.5194/wes-2-257-2017</a>,
2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib36"><label>Sagaut(2006)</label><mixed-citation>
Sagaut, P.: Large Eddy Simulation for Incompressible Flows,
Springer-Verlag Berlin Heidelberg
ISBN 978-3-540-26403-3, 2006.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib37"><label>Sanderse(2009)</label><mixed-citation>
Sanderse, B.: Aerodynamics of wind turbine wakes, Literature Review,
Report 16, ECN, 2009.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib38"><label>Sanderse et al.(2011)Sanderse, van der Pijl, and B.</label><mixed-citation>
Sanderse, B., van der Pijl, S. P., and B., K.: Review of computational
fluid dynamics for wind turbine wake aerodynamics, Wind Energy,
14, 799–819, 2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib39"><label>Shapiro et al.(2017a)Shapiro, Bauweraerts, Meyers, Meneveau, and Gayme</label><mixed-citation>
Shapiro, C. R., Bauweraerts, P., Meyers, J., Meneveau, C., and Gayme, D. F.: Model-based receding horizon control of wind farms for
secondary frequency regulation, Wind Energy,  20, 1261–1275, 2017a.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib40"><label>Shapiro et al.(2017b)Shapiro, Meyers, Meneveau, and Gayme</label><mixed-citation>
Shapiro, C. R., Meyers, J., Meneveau, C., and Gayme, D. F.: Dynamic wake modeling and state estimation for improved model-based receding horizon control of wind farms,
P. Amer. Contr. Conf., <a href="https://doi.org//10.23919/ACC.2017.7963036" target="_blank">https://doi.org//10.23919/ACC.2017.7963036</a>, 2017b.

</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib41"><label>Soleimanzadeh et al.(2014)Soleimanzadeh, Wisniewski, and Brand</label><mixed-citation>
Soleimanzadeh, M., Wisniewski, R., and Brand, A.: State-space representation of the wind flow model in wind farms,
Wind Energy, 17,  627–639, 2014.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib42"><label>Trabucchi et al.(2016)Trabucchi, Vollmer, and Kühn</label><mixed-citation>
Trabucchi, D., Vollmer, L., and Kühn, M.: Shear layer approximation of Navier-Stokes steady equations for non-axisymmetric wind turbine wakes: description, verification and first application,
J. Phys. Conf. Ser., <a href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/3/032030" target="_blank">https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/3/032030</a>, 2016.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib43"><label>Vali et al.(2016)Vali, van Wingerden, Boersma, Petrovic, and Kühn</label><mixed-citation>
Vali, M., van Wingerden, J. W., Boersma, S., Petrovic, V., and Kühn, M.: A predictive control framework for optimal energy extraction of wind farms,
J. Phys. Conf. Ser., <a href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/5/052013" target="_blank">https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/5/052013</a>, 2016.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib44"><label>Vali et al.(2017)Vali, Petrović, Boersma, van Wingerden, and Kühn</label><mixed-citation>
Vali, M., Petrović, V., Boersma, S., van Wingerden, J. W., and
Kühn, M.: Adjoint-based model predictive control of wind farms:
beyond the quasi steady-state power maximization, International
Federation of Automatic Control, <a href="https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.382" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.382</a>, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib45"><label>van der Laan et al.(2015)van der Laan, Sørensen, Réthoré, Mann, Kelly, and Troldborg</label><mixed-citation>
van der Laan, M. P., Sørensen, N. N., Réthoré, P.-E., Mann, J., Kelly, M. C., and Troldborg, N.: The k-<i>ϵ</i>-fP model applied to double wind turbine wakes using different actuator disk
force methods, Wind Energy, 18, 2223–2240, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib46"><label>van Wingerden et al.(2017)van Wingerden, Pao, Aho, and Fleming</label><mixed-citation>
van Wingerden, J. W., Pao, L. Y., Aho, J., and Fleming, P. A.: Active power control of waked wind farms, International Federation of Automatic Control, <a href="https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.378" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.378</a>, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib47"><label>Vermeer et al.(2003)Vermeer, Sorensen, and Crespo</label><mixed-citation>
Vermeer, L. J., Sorensen, J. N., and Crespo, A.: Wind turbine wake aerodynamics, Prog. Aerosp. Sci., 39, 467–510, 2003.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib48"><label>Versteeg and Malalasekera(2007)</label><mixed-citation>
Versteeg, H. and Malalasekera, W.: An Introduction to Computational
Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, Pearson, Prentice Hall,
2007.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib49"><label>WFSim(2015)</label><mixed-citation>
WFSim: available at: <a href="https://github.com/TUDelft-DataDrivenControl/WFSim" target="_blank">https://github.com/TUDelft-DataDrivenControl/WFSim</a>
(last access: 1 March 2018), 2015.
</mixed-citation></ref-html>--></article>
