هدف در این کار ارتقاء راندمان و کاهش تولید آلاینده های زیست محیطی یک توربوکمپرسور گازی است. دو روش استفاده از بازگردش حرارتی و جرمی گازهای حاصل از احتراق برای رسیدن به اهداف مورد نظر، مطالعه شده است. این تحقیق در سه سناریو صورت گرفته است. در سناریوی اول، بازگردش حرارتی به کمک دو مبدل حرارتی پوسته لوله¬ای و صفحه ای فین دار برای سیکل ساده گازی در نظر گرفته شده و بهینه گردیده است. مدلسازی ترمودینامیکی با استفاده از آنالیز انرژی و اگزرژی انجام شده است. مدل ترموهیدرولیکی مبدل های بازیاب با استفاده از آنالیز انتقال حرارت بهبود یافته و روش -ntu ? برای تخمین سطح حرارتی مورد نیاز مبدل ها و افت فشار آن ها انجام گرفته است. بهینه¬سازی سه هدفه مبدل های بازیاب، با اهداف بیشینه¬سازی راندمان اگزرژی سیکل، کمینه¬سازی زمان بازگشت سرمایه و کمینه سازی میزان تولید آلودگی nox هردو نوع مبدل حرارتی پوسته لوله¬ای و صفحه ای فین دار با استفاده از الگوریتم ژنتیک صورت پذیرفته و جبهه بهینه پارتو حاصل گردیده و نقطه بهینه نهایی از میان نقاط موجود بر روی جبهه با استفاده از سه روش تصمیم¬سازی بلمن- زاده، topsis و linmap انتخاب و در نتیجه بهترین مبدل ها برای هریک از حالات قرارگیری مبدل حرارتی پوسته لوله¬ای و صفحه ای فین دار انتخاب شده است. در پایان سناریوی اول با مقایسه ی مبدل های حرارتی پوسته لوله¬ای و صفحه ای فین دار، بهترین مبدل برای بازگردش حرارتی برگزیده شده است. در سناریوی دوم دو روش بازگردش جرمی گازهای احتراقی به محفظه ی احتراق بررسی شده است. روش اول بازگردش جرمی گازهای خروجی از توربین به محفظه ی احتراق مورد بررسی قرار داده شده و در روش دوم بازگردش جرمی گازهای خروجی از محفظه ی احتراق به درون محفظه ی احتراق بررسی شده و دبی جرمی بهینه ی بازگردش جرمی محاسبه شده است. در نهایت با استفاده از معیـارهای اقتصادی و زیست محیطی مناسب¬ترین روش بازگردش جرمی معرفی شده است. در سناریوی سوم ترکیب بازگردش حرارتی به کمک مبدل حرارتی انتخاب شده در سناریوی اول با بازگردش جرمی انتخاب شده در سناریوی دوم مورد مطالعه قرار گرفته است. سناریوی اول افزایش راندمان و کاهش تولید آلاینده ها (که بیشتر ناشی از کاهش مصرف سوخت بوده است) را به شکل مطلوبی تامین می نماید و سناریوی دوم کاملا کاهش تولید آلاینده ها را به علت رقیق سازی مناسب، تامین می نماید و در نهایت سناریوی سوم که ترکیب سناریوهای اول و دوم است، اهداف پروژه که افزایش راندمان و کاهش میزان آلاینده های زیست محیطی است را به شکل مطلوب تامین می نماید.